Цель работы - определение аэродинамических коэффициентов С_x, С_y, С_mz и нахождение положения центра давления относительно центра тяжести осесимметричного оперенного тела вращения в зависимости от угла атаки α. Силовое воздействие потока на модель тела вращения опреде­ляется с помощью замера сил на аэродинамических весах.

Результаты измерений

Рис.1. Схема сил и координатных осей

Модель тела вращения с «большим» оперением подвешивается в рабочей части аэродинамиче­ской трубы с помощью проволочных растяжек, закрепленных на модели в точках А и В (рис.1). Заданный угол атаки α придается телу вращения путем изме­нения высоты точки В. Нa рисунке этот угол измеряется между осями Ох₁ и Ox. где точка О - центр тяжести тела вращения, ось Ох связанной системы координат хОу направлена по его оси, а ось Ox₁ скоростной системы коорди­нат х₁Оу₁ - по невозмущенной скорости натекающего потока.

Так как проволочные растяжки закреплены на рычажной системе аэро­динамических весов, то при продувке модели можно измерить в точке А силу сопротивления X_изм и составляющую подъемной силы Y_1изм, а в точке В - дру­гую составляющую подъемной силы Y_2изм.

Все три силы: X_изм, Y_1изм, Y_2изм – лежат в одной плоскости, проходящей через ось вращения. Замер аэродинамических сил в двух точках А и В позволяет найти помимо коэффициентов С_x и С_y еще и значение коэффициента момента С_mz, а также положение центра давления С.

В процессе проведения эксперимента при различных углах атаки α определяются массы грузов m_x, m_y1, m_y2, уравновешивающих через систему рычагов аэродинамические силы X_изм, Y_1изм, Y_2изм. Для каждого угла атаки трубкой Пито-Прандля находится разность давлений P₀-P, где P₀ – давление заторможенного потока, а P – статическое давление. Эта разность фиксируется водяным дифференциальным манометром в виде разницы высот Δh_пито в сообщающихся трубках, к которым подведены соответственно давления P₀ и P.

Результаты измерений сведём в Таблицу 1:

Таблица1

α, [град]	0°	4°	8°	12°
mx, [кг]	0,183	0,217	0,280	0,430
my1, [кг]	0	0,039	0,043	-0,033
my2, [кг]	0	0,263	0,680	1,210
Δhпито, [м]	0.152	0.152	0.150	0.147

Обработка результатов измерений

1. Нахождение скоростного напора и скорости

В соответствии с интегралом Бернулли для потока с малой дозвуковой скоростью

где υ – скорость набегающего на модель потока воздуха, Р – статическое давление, Р₀ – давление заторможенного потока,

имеем

Разность давлений Р₀-Р уравновешивается весом столба жидкости (воды) в коленах дифференциального манометра

,

где g=9.81 [м/с²] – ускорение силы тяжести,

ρ_ж=1000 [кг/м³ ] – плотность воды,

Δh [м]=0.001Δh [мм] – разность уровней воды в коленах сообщающихся сосудов.

Отсюда

(1)

Для нахождения υ используем уравнение (1) и уравнение состояния

.

Примем:

P=10⁵ [Па],

R=287.1 [Дж/кг*°К],

T=300°К.

Тогда ρ=1.161 кг/м³,

(2)

Результаты вычислений и υ сведем в Таблицу 2:

Таблица2

Значение скоростного напора и скорости потока для различных углов атаки.

α, [град]	0°	4°	8°	12°
, [H/м2]	1491.1	1491.1	1471.5	1442.1
υ, [м/с]	50.68	50.68	50.35	49.84

2. Вычисление величин X, y1, y2 и y

Основные соотношения: X=k_xgm_x; Y₁=k_Ygm_y1; Y₂=k_Ygm_y2; Y=Y₁+Y_{2 .}

Переходные коэффициенты для весов равны: k_x=2.5, k_y=2.5 .

Результаты вычислений сведём в Таблицу 3:

Таблица3

Значение X_, Y_1, Y_2,Y для различных углов атаки.

α, [град]	0°	4°	8°	12°
X, [H]	4.488	5.322	6.867	10.546
Y1, [H]	0	0.956	1.055	-0.809
Y2, [H]	0	6.450	16.677	29.675
Y=Y1+Y2	0	7.407	17.732	28.866

3. Вычисление коэффициентов Сx ,Cy , Cy2.

Сила лобового сопротивления Х, подъёмная сила Y и составляющая подъемной силы Y2 связаны с соответствующими безразмерными коэффициентами С_x ,C_y , C_y2 соотношениями:

(3)

(4)

(5)

где площадь миделя S:

Подставляя в зависимости (3), (4), (5) значения скоростного напора (Таблица 2) и сил X_, Y_1, Y (Таблица 3), получим величины коэффициентов силы лобового сопротивления С_x , коэффициентов подъёмной силы C_y и составляющей подъёмной силы C_y2.

Сведём результаты вычислений в Таблицу 4:

Таблица4

Значение коэффициентов С_x ,C_y , C_y2 при различных углах атаки α.

α, [град]	0°	4°	8°	12°
Сx	0.285	0.338	0.442	0.692
Cy2	0	0.409	1.072	1.947
Cу	0	0.470	1.140	1.894