Hur är vindhastighetsskalan i vindtunnelprov?

11

Låt oss säga att du har en skala modell som är 1: 10: e storleken på den riktiga saken. Du vill testa detta i en vindtunnel.

Skal du också ner vindhastigheten 10x? Varför eller varför inte? Jag skulle tro att det måste skalas ner för att få rätt resultat för saker som propellspetshastighet.

Redigera: Jag såg den här frågan . Det kan vara en dubblett, förutom att jag inte såg ett svar på min oro där. Jag vill veta om vindhastigheten skaas ned i en vindtunnel, medan den där frågar om hur vindtunnlar används i allmänhet och inte verkar nämna några skalar av vindhastigheter.

    
uppsättning DrZ214 31.05.2018 09:53

2 svar

8

För att uppnå samma flödesförhållanden måste du matcha flera likhetsnummer . Den viktigaste uttrycker förhållandet mellan tröghetskrafter och viskösa krafter i en vätska och kallas Reynolds-nummer (Re):

$$ \ text {Re} = \ frac {v \ cdot l \ cdot \ rho} {\ mu} $$ Nomenklatur:
$ \ core4mm v \ core6mm $ flödeshastighet
$ \ core4mm l \ core7mm $ karakteristisk längd längs flödesbanan, som vingechord
$ \ core4mm \ rho \ core6mm $ fluid densitet
$ \ core4mm \ mu \ core6mm $ dynamisk viskositet av vätskan

Nästa på listan är förhållandet mellan flödeshastighet och ljudets hastighet i vätskan och kallas Mach-nummer (Ma): $$ \ text {Ma} = \ frac {v} {a} $$ Nomenklatur:
$ \ core4mm a \ core6mm $ ljudhastighet

Andra beror på flödet av naturen - om oscillerande vortexförskjutning är inblandad, behöver Strouhal nummer också observeras med elastisk oscillationer Froude nummer eller med värmeöverföring Prandtl nummer .

För en 1:10 modell måste flödeshastigheten ökas tiofaldigt för att matcha Reynolds-numret. Detta kommer dock att leda till konflikt med Mach-numret, eftersom det snabbare flödet förmodligen redan är supersoniskt. Detta problem diskuteras i hög grad i detta och länkat svar , dock kunskap om påverkan av flödeshastigheten antas implicit.

Normalt är flödeshastigheten i en vindtunnelprovning för låg för korrekt skalning (vilket innebär att de viskösa krafterna är högre i proportion till tröghetskrafterna) och konsekvenserna av denna ojämnhet måste täckas av korrigeringsfaktorer .

Det är inte nödvändigt att skala krafterna korrekt. Wintunnel modeller hängdes på ledningar som var anslutna till vågar för att mäta krafter och är nu monterade på en sting , böjning av vilken fångas av sträckspetsar eller en intern balans. Endast de modeller som används i fritt fallstunnlar för spinnforskning kommer att skapa så mycket lyft som de väger. De uppmätta krafterna används för att beräkna koefficienter , dimensionslösa tal som normaliseras för hastighet och storlek. När multiplicerat med hastigheten och storleken på originalet kommer de (korrigerade) koefficienterna att ge de verkliga krafterna och stunderna.

    
svaret ges 02.06.2018 02:11
3

Det beror egentligen på vilken data du behöver och villkoren du behöver för.

Låt oss säga att du vill testa en skalaflygmodell i en vindtunnel för att kunna förutse hissstyrkorna på flygplanet i full storlek under flygningen.

$ Hiss = q S C_L $

Det dynamiska trycket $ q = \ frac {1} {2} \ rho v ^ 2 $

$ S $ är planformområdet

$ C_L $ är höjningskoefficienten

$ \ rho $ är luftdensiteten

$ v $ är lufthastigheten

Vad du verkligen vill testa är hissen - du kan använda den för att beräkna hisskraften under flygningen för ett visst dynamiskt tryck och planformområde.

Lyftkoefficienten varierar med Reynolds-nummer och Mach-nummer - det här är de kvantiteter du vill matcha.

Således kommer du inte att skala ner vindhastigheten 10x - men det kommer att skilja sig från flygskalans vindhastighet, eftersom omgivningsförhållandena är olika mellan vindtunneln och flygningen i en höjd. Vindhastigheten ändras för att ge rätt Reynolds & Mach nummer.

    
svaret ges 31.05.2018 16:57