В своей недавней статье про ультразвуковые метео-измерения, я рассказывал про оборудование для метеорологии, которое с успехом используется для регистрации основных метеорологических характеристик, таких как температура, давление, влажность, скорость и направление ветра и только вскользь затронул вопросы настройки и испытания этих приборов. Основной же задачей для такого типа оборудования является, в первую очередь, точное измерение скорости ветра. Но как смоделировать воздушный поток в достаточно широких пределах? Решением проблемы является создание аэродинамической трубы. Казалось бы, что проще сделать такую установку? Ставь мощный вентилятор и готово! Однако, не все так просто! Давайте более внимательно рассмотрим работу аэродинамической трубы и её устройство. А для большей наглядности я приехал в один из томских Институтов Академии наук, где по моей просьбе показали и включили аэродинамическую трубу и я снял небольшое 3-х минутное видео её работы для читателей GeekTimes
Как это работает?
Аэродинамическая труба — техническое устройство, предназначенное для моделирования мощных воздушных потоков и воздействия этих потоков на различные предметы. Применение труб в аэродинамике базируется на принципе обратимости движений и теории подобия физических явлений. Объектами испытаний в аэродинамических трубах являются модели натурных летательных аппаратов или их элементов, а также различные метеорологические приборы, автомобили и т.п.
В нашем же случае в аэродинамической трубе тестируется ультразвуковые метеостанции, которые должны регистрировать скорость ветра вплоть до 50-60 м/с. Так выглядит труба, о которой я пишу в этой статье.
Шестьдесят метров в секунду — очень серьезный воздушный поток. Создается поток, конечно, при помощи всасывающего устройства — ракушки с приводом от мощного электродвигателя.
Однако, это позволяет создать относительно не большие потоки воздуха и самое главное — поток будет не равномерный, как говорят физики — не ламинарный. В нем будут присутствовать турбулентности, которые будут искажать качество потока. Как решить эту проблему?
Элементы конструкции
Для того, чтобы внутри трубы создать качественный воздушный поток (т.е. обеспечить ламинарное течение воздуха), необходимо его разбить на множество мелких потоков. Делается это при помощи вот такой конструкции.
Это своеобразное воздушное забрало, в которое врывается воздух и проходит через тысячи отверстий, на подобие сетки (или пчелиных сот) с очень крупным шагом.
В результате поток воздуха становится более упорядоченный (рисунок сверху), по сравнению с исходным — турбулентным (рисунок ниже).
Эта массивная металлическая конструкция называется ханикомб. От англ. Honeycombs — вытертости под сгибами колен джинс сзади, действительно чем-то напоминают пчелиные соты. Источник
Но каким не был бы мощным двигатель, не всегда удается развить необходимый воздушный поток при условии сохранения его ламинарности. Иногда приходится ускорять поток принудительно. Для этого используется воздушное сопло. Этот узел в определенных пределах, но очень эффективно ускорят воздушный поток до необходимых скоростей воздуха. Однако, чтобы такое ускорение случилось — необходим перепад давления. Для этого после ханикомба устанавливают камеру разряжения (форкамеру), где такой перепад обеспечивается, затем ускоренный поток идет в рабочую зону аэродинамической трубы, где он направляется на исследуемый объект.
В общем устройство по своему принципу действия достаточно простое, но требует качественного изготовления всех узлов, четкого соблюдения геометрических характеристик, качества внутренних поверхностей, где не допускаются выступы, скосы, не обработанные сварные швы и т.д. В идеале внутренняя поверхность трубы должна быть полностью отполирована. Ну а как работает труба — прошу посмотреть 3-х минутное видео. Кстати, это совсем небольшая аэродинамическая труба. Малютка. Её полезный рабочий объем — 40Х40 см. Но это позволяет тестировать большинство метеорологических приборов, таких как этот
Аэродинамические трубы чрезвычайно металлоёмки, поэтому цена такого оборудования нелинейно зависит от размеров рабочей области и может достигать под час и миллионов долларов!
Всем хорошего дня!
Автор: Uris
