Аэротруба – как правильно летать в аэротрубе? Аэродинамическая труба
Аэротруба – как правильно летать в аэротрубе?
Популярность парашютного спорта подтолкнула к созданию конструкции, которая бы давала возможность ощутить полет, не прыгая с высоты. Аэротруба имеет простую конструкцию и используется в качестве аттракциона, спортивного тренажера для парашютистов и отдельной дисциплины.
Аэротруба – свободный полет
Приспособление для имитации полета благодаря искусственному движению воздуха, называется вертикальной аэротрубой. Есть разные варианты устройств, которые имеют диаметр от 2 до 5 м. Высота аэротрубы составляет более 10 м. Скорость потока воздуха может варьироваться от 200 до 250 км/ч, а создает его двигатель с большим винтом. Оператор, управляющий трубой, может постоянно менять скорость потока воздуха. Аэродинамическая труба может быть надувающей (винт находится снизу, а закрывает его батутная сетка) и высасывающей (винт расположен сверху, а сетка находится с двух сторон).
Полеты в трубе не требуют специальной подготовки и нужно просто приехать на место, прослушать технику безопасности и пройти небольшую тренировку. Поначалу может не получаться, но не стоит переживать, ведь это новые ощущения. Вскоре тело привыкнет к движениям и будет понятно, как стоит двигаться в потоке. Чтобы аэротруба не навредила, не рекомендуется находиться в ней дольше, чем 15 мин. Уже спустя пару минут парения можно понять, как движения влияют на полет, научиться, как правильно разворачиваться в потоке, двигаться вверх и вниз, а еще ощутить, что такое свободное падение.
Если сравнивать с прыжками в парашютом, то в аэротрубе можно летать намного дольше (до 15 мин.). Польза, которую можно получить при регулярном использовании аттракциона:
- Происходит потеря лишнего веса, поскольку стремительно сжигаются калории. Исследования показали, что за полчаса нахождения в трубе можно потратить столько же энергии, как если пробежать марафон в 42 км.
- Развивается координация движения, и нагружаются мышцы стабилизаторы. Объясняется это тем, что в состоянии парения тело ощущается совсем по-другому.
- Происходит улучшение работы нервной системы и укрепление иммунитета, поскольку во время полета в организме вырабатывается «гормон счастья».
Аэротруба – со скольки лет?
Возрастных ограничений полеты в аэротрубе практически не имеют, и наслаждаться таким развлечением могут даже маленькие дети, которым исполнилось 4 года. Такие тренировки для ребенка будут полезными, поскольку происходит развитие мышц, ловкости, избавление от психофизических зажимов и других проблем. Для аэротрубы возраст не является единственным ограничением, и нужно учитывать и вес человека, так допустимый предел 25-120 кг.
Как правильно летать в аэротрубе?
Большое значение имеет предварительное занятие и инструкция работников аэротрубы. Кроме того, что для хорошего полета нужно расслабиться, необходимо знать, как правильно лежать на воздухе:
- Упор на поток должен приходиться на живот, а еще важен прогиб в тазовой области.
- Чтобы полетать в аэротрубе, руки держите в одной плоскости с корпусом, согнув их в локтях под прямым углом. Важно не задирать локти вверх и не ломать горизонтальную линию.
- Голову приподнимите и смотрите немного вверх. Ноги при этом следует слегка согнуть и расположить их немного шире плеч. Кроме этого, оттяните носки и приподнимите бедра.
Чтобы аэротруба не стала причиной появления травм, соблюдайте простые правила:
- Во время полета нельзя держаться руками за нижнюю сетку. К тому же это не позволит сдвинуться с места и правильно удерживаться на потоке воздуха.
- Чтобы не потерять ощущение свободного полета, не старайтесь упираться руками и ногами в боковые стенки. В противном случае это может привести к падению, поскольку будет утерян воздушный поток.
- Запрещено выставлять одну руку или ногу, группироваться и совершать другие движения, которые приводят к уменьшению площади тела, поскольку это может привести к падению.
Упражнения в аэродинамической трубе
В установке выполняются разные упражнения, как и при прыжках с парашютом. Полет в аэротрубе включает:
- Хед даун – полеты в перевернутом состоянии, то есть вниз головой.
- Бэкфлай – полеты на спине, во время которых можно почувствовать работу конечностей и спины.
- Ситфлай – полеты, в положении сидя, но упор приходится на спину, заднюю поверхность бедра и ступни.
- Хед Ап – полеты при вертикальном положении тела головой вверх.
- Фрифлай – изменение положения тела в разных плоскостях.
Аэротруба – новый вид спорта
Чудо-установка используется для проведения тренировок парашютистов и любителей других экстремальных направлений. Полет в аэродинамической трубе помогает отрабатывать акробатические фигуры и осваивать воздушные потоки. Стоит заметить, что отдельным видом спорта является не только парашютный, но и полеты в аэротрубе. Новинкой являются танцы в этой установке, так, по ним уже проводятся международные соревнования, которые выглядят очень зрелищно.
Аэротруба – соревнования
С самого начала полеты в аэротрубе начали становиться все популярнее, и они быстро развиваются как спорт. В аэротрубе фрифлай, акробатика, фристайл и другие виды парашютного спорта с успехом практикуются. Проводятся кубки и чемпионаты по групповой акробатике в трубе и даже есть отдельная дисциплина – вертикальная акробатика. Судьи оценивают эстетику трюков, синхронность и красоту выполнения фигур. Может уже через пару лет полеты в аэротрубе будут внесены в перечень дисциплин на Олимпийских играх.
Танцы в аэротрубе
В аэродинамической трубе проходят международные соревнования по танцам, которые называются WindGames. Спортсмены выполняют сложные трюки и поднимаются на большую высоту. Программа включает индивидуальные и групповые выступления. Соревнования в аэротрубе проводятся по всем правилам, так, присутствует жюри, ограничивается время выступления, штрафные баллы и так далее. Поскольку в трубе ничего не слышно, участник надевает наушники, чтобы слышать музыку. Чемпион мира по танцам в аэротрубе 2016 году – россиянин Леонид Волков.
Сколько стоит полетать в аэротрубе?
Во многих больших городах можно найти такой аттракцион, как аэротруба. Находиться в ней можно разное время и все зависит от подготовки. Первый раз специалисты не рекомендуют летать дольше 4-6 мин. За это время можно научиться контролировать свое тело в воздухе, но при этом не устать. Аэротруба, стоимость которой зависит от времени нахождения в ней, может принимать сразу нескольких людей. За полет одного человека на протяжении 5 мин. придется заплатить от $25.
Аэродинамическая труба – противопоказания
Для того чтобы парить в трубе не нужно особой физической подготовки, поэтому к полетам допускают даже детей. Есть ряд противопоказаний, при которых подобные развлечения запрещены: беременность, проблемы с сосудами и сердцем, психические отклонения, серьезные заболевания опорно-двигательного аппарата и травмы спины. Летать в аэродинамической трубе нельзя в состоянии алкогольного опьянения. Если есть страх и переживания по поводу своего здоровья, тогда следует проконсультироваться с врачом.
womanadvice.ru
Аэродинамическая труба - это... Что такое Аэродинамическая труба?
Аэродинами́ческая труба́ — это экспериментальная установка, разработанная для изучения эффектов, проявляющихся при обтекании твёрдых тел (самолётов, автомобилей, ракет, мостов, зданий и др.) потоком, а также для экспериментального изучения аэродинамических явлений.
Аэродинамическая труба состоит из одного или нескольких вентиляторов (или других устройств нагнетания воздуха), которые нагнетают воздух в трубу, где находится модель исследуемого тела, тем самым создаётся эффект движения тела в воздухе с большой скоростью (принцип обращения движения).
Аэродинамические трубы классифицируют по диапазону возможных скоростей потока (дозвуковые, трансзвуковые, сверхзвуковые, гиперзвуковые), размеру и типу рабочей части (открытая, закрытая), а также поджатию — соотношению площадей поперечных сечений сопла трубы и форкамеры. Также существуют отдельные группы аэродинамических труб:
- Высокотемпературные — дополнительно позволяют изучать влияние больших температур и связанных с ними явлений диссоциации и ионизации газов.
- Высотные — для исследования обтекания моделей разреженным газом (имитация полёта на большой высоте).
- Аэроакустические — для исследования влияния акустических полей на прочность конструкции, работу приборов и т. п.
Исследование характеристик надводных и подводных частей корпуса судов приходится выполнять с использованием дублированных моделей, что позволяет удовлетворить условию непротекания по поверхности раздела сред. В качестве альтернативы возможно использование специального экрана, имитирующего поверхность воды.
Центральный аэродинамический институт имеет 60 различных аэродинамических труб для скоростей от 10 м/с до M=25, некоторые из них (СМГДУ с магнитогидродинамическим разгоном до 8000 м/с, УСГД с давлением торможения 5000 атм) уникальны[1].
«Типовые» эксперименты
Импеллер (рабочее колесо) аэродинамической трубы СПбГУВК Дублированная модель надводной части судна в аэродинамической трубе СПбГУВК- Измерение давлений по поверхности тела.
Для исследования необходимо изготовить дренированную модель тела — в поверхности модели выполняются отверстия, которые соединяются шлангами с манометрами.
В гидромеханике доказано, что давление без изменений передается поперек пограничного слоя, что позволяет рассчитать сопротивление давления тела по результатам измерения давлений.
- Измерение сил и моментов, действующих на тело
Для исследования необходимо подвесить модель на многокомпонентном динамометре (Аэродинамические весы) либо на системе растяжек, позволяющей измерять натяжение каждой растяжки. Пересчет сил и моментов, действующих на тело осуществляется в соответствии с критерием подобия Рейнольдса.
- Визуализация течений
Для решения этой задачи используют шерстяные нити (шелковинки), наклеенные на поверхность модели либо закрепленные на проволочной сетке. Возможна постановка эксперимента с подачей цветного дыма в характерные зоны потока, но продолжительность такого эксперимента (в трубах с повторной циркуляцией воздуха), как правило, весьма мала вследствие общего задымления всего аэродинамического тракта.
История
Фрэнсис Герберт Уэнхем (Francis Herbert Wenham), член Совета Королевского авиационного общества Великобритании, создал первую закрытую аэродинамическую трубу в 1871 году.
Первую аэродинамическую трубу в России построил военный инженер В. А. Пашкевич в 1873 году, она использовалась исключительно для опытов в области баллистики.
В 1897 году К. Э. Циолковский построил прототип аэродинамической трубы собственной конструкции, использовав поток воздуха на выходе из центробежного вентилятора, и впервые в России применил этот агрегат для изучения эффектов, проявляющихся при обтекании твёрдых тел (самолётов, автомобилей, ракет воздушным потоком).
Под руководством Н. Е. Жуковского при механическом кабинете Московского университета в 1902 году была сооружена аэродинамическая труба, в которой осевым вентилятором создавался воздушный поток со скоростью до 9 м/с.
Первая аэродинамическая труба разомкнутой схемы была создана Т.Стантоном в Национальной физической лаборатории в Лондоне в 1903 году., вторая — Н. Е. Жуковским в Москве в 1906 году.
Первая замкнутая аэродинамическая труба построена в 1909 году в Гёттингене Людвигом Прандтлем, вторая — в 1910 году Т. Стантоном.
Первая аэродинамическая труба со свободной струей в рабочей части была построена Гюставом Эйфелем в Париже на Марсовом поле в 1909 году.
Дальнейшее развитие шло преимущественно по пути увеличения их размеров и повышения скорости потока в рабочей части (где помещается модель).
В 1934 году в районе Берлина построена Большая аэродинамическая труба (Адлерсхоф) для аэродинамического моделирования. В трубе диаметром от 8,5 до 12 м размещались части самолётов и изучалось воздействие на них горизонтальных воздушных потоков. Особенностью данной аэродинамической трубы является бетонное сооружение «Zeiss-Dywidag» с толщиной стенок всего 8 сантиметров. В настоящее время сохраняется как памятник промышленной архитектуры в составе Аэродинамического парка.
Впервые человек взлетел в вертикальной аэродинамической трубе в 1964 году на воздушной базе Райт-Патерсон, Огайо, США.
См. также
Примечания
Литература
- Гофман А. Д. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна. — Л.: Судостроение, 1988.
- Справочник по теории корабля / Под ред. Я. И. Войткунского. В 3-х т. — Л.: Судостроение, 1987. — Т.1
- Физическая энциклопедия / Редкол.: А. М. Прохоров (гл. ред.) и др. — М.: Советская энциклопедия, 1988, — Т.1 — С. 161—164 — 704 с., ил. — 100 000 экз.
Ссылки
dic.academic.ru
Аэродинамическая труба: влияние на тело человека
Содержание статьи
Аэродинамической трубой называется установка, в которой проводятся эксперименты и изучаются явления по обтеканию тел потоком воздуха или газа.
Сделать аэродинамическую трубу в домашних условиях своими руками – вполне реально.
Как сделать такую трубу в домашних условиях
На оси нужно укрепить коромысло таким образом, чтобы одно плечо получилось коротким, а другое длинным. Вращению оси на кронштейне ничего не должно мешать, ни трение, ни что-либо другое. Кронштейн нужно приварить или привинтить к щиту с размеченной шкалой, проградуированной в граммах.
На коромысле нужно жестко закрепить вертикальный стержень, на его нижний конец так же жестко прикрепляются различные предметы. Короткое плечо коромысла уравновешивается более тяжелым грузом, которое предназначается для того, чтобы установить коромысло в нулевое положение. Длинное плечо уравновешивается грузиком поменьше, который свободно передвигается по этой части коромысла.
Чтобы создать воздушный поток, можно включить пылесос или вентилятор.
Для направления потока используется труба, размер диаметра которой должен немного превышать размер диаметра тела, испытуемого в данном эксперименте. Теперь нужно подвесить предмет, установить маленький грузик на отметке в ноль и начать передвигать большой грузик по короткому плечу, стремясь, чтобы стрелка достигла отметки напротив черты. Чтобы упростить процесс регулирования коромысла, не возбраняется большой грузик выполнить на резьбе.
После уравновешивания системы можно начинать подавать воздух. При этом коромысло начнет отклоняться вверх, и нужно с помощью маленького грузика вернуть его обратно к черте. Деление напротив грузика будет показывать величину, с которой сопротивляется данное тело. Естественно, у каждого предмета будет своя величина сопротивления.
Для чистоты эксперимента необходимо придерживаться следующих условий: поток воздуха должен воздействовать на предмет с постоянной силой. Расстояние между концом трубы и местом, где тело имеет наибольшее сечение так же должно быть неизменным. Ось тела и ось трубы так же должны совпадать.
Выбирая материал для коромысла, лучше отдать предпочтение дюралюминию, что касается материала остальных деталей, то это не имеет существенного значения.
Эффект в промышленности и строительстве
Аэродинамическая установкаЭффект, который создает аэродинамическая труба, играет большую роль в самолетостроении, ракетостроении и других областях человеческой деятельности. Она помогает определить силы при движении подводных судов. Благодаря ей становится возможным отыскать оптимальную, устойчивую и управляемую форму ракет, самолетов, космических кораблей, поездов и автомобилей. Специальные трубы используются для исследования нагревания и теплозащиты ракет, самолетов и т.д.
Все опыты с аэродинамической трубой имеют в основе принцип обратимости движения, в котором передвижение тела относительно воздушной или водной среды можно заменить движением потока воздуха, набегающего на неподвижный предмет. Как уже было сказано выше, для этого эксперимента необходимо создать постоянный поток, а так же неизменную температуру и плотность. Главное – это соблюсти условия, при которых будет возможно перенести результаты, полученные для модели в лаборатории на натуральный объект.
Если условия выполнены верно, коэффициенты аэродинамики экспериментальной модели и полноразмерного объекта будут равны между собой, а это позволит произвести расчет силы, которая будет действовать на натуральный объект (например, космический корабль).
История имитатора свободного падения
Впервые аэродинамическая труба была создана К. Э. Циолковским в 1897 году. Конечно, это был всего лишь ее прототип, в котором поток воздуха создавался центробежным вентилятором. Первая труба, имеющая разомкнутую схему, была создана англичанином Т. Стантоном в 1903 году и нашим соотечественником Н.Е. Жуковским в 1906 году. А уже в 1909 году появилась труба разомкнутой схемы, а так же модель, имеющая свободную струю в рабочей части. В дальнейшем, с развитием таких отраслей, как артиллерия, реактивная авиация и ракетная техника, появилась сверхзвуковая аэродинамическая труба. Скорость потока воздушной массы в ее рабочей части в несколько раз превысила скорость, с которой распространяется звуковая волна.
Классификация
- В первую очередь их классифицируют в соответствии с диапазоном скоростей потока. Т.е. А. т. может быть дозвуковой, сверхзвуковой, трансзвуковой и гиперзвуковой.
- Вторая классификация учитывает тип и размер рабочей части. Т.е. А. т. может быть открытой и закрытой.
- Третья классификация учитывает такую характеристику, как поджатие. Ее рассчитывают путем соотношения таких величин, как площадь поперечного сечения сопла трубы и форкамеры.
Помимо этой классификации выделяют три группы А. т.:
- Высокотемпературная. Она изучает влияние высоких температур и явлений, с ним связанных. Это диссоциация и ионизация газов.
- Высотная. Она исследует обтекание моделей разреженным газом, т.е. имитируется полет на большой высоте.
- Аэроакустическая. Она исследует влияние акустических полей на устойчивость конструкции, работу различных механизмов и др.
Для исследования характеристик частей корпуса судов используются дублированные модели, это позволяет исключить протекание на поверхности разделения сред. В качестве альтернативного варианта может быть использован специальный экран, имитирующий поверхность воды.
Как еще используется аэродинамическая установка
Аэродинамический комплекНа сегодняшний день существует такой тренажер, который называется «Вертикальная аэродинамическая труба». Ее используют для подготовки начинающих парашютистов и в качестве безопасного и удобного аттракциона для любителей экстремальных видов спорта. Что касается технической подготовки, то данный процесс призван сознательно изменить поведение спортсмена, чтобы его действия соответствовали задачам его деятельности.
Доказано, что спортсмены (и не только парашютисты) благодаря применению тренажеров повышают эффективность тренировочного процесса в несколько раз.
Тренажером, в котором наиболее точно удалось сымитировать условия свободного падения, является спортивное сооружения для подготовки парашютистов – вертикальная аэродинамическая труба. В нашей стране существует несколько таких сооружения замкнутого типа, которые пригодны для тренировокпарашютистов самых разных уровней подготовки.
В чем преимущества использования аэродинамической установки
- Такая установка позволяет заниматься независимо от того, какие погодные условия установились на данный момент. Осуществлять полет в трубе можно в течение всего года.
- Установка исключает возникновение стресс-факторов, таких как высота, страх, недостаток времени. Человек может полностью сосредоточиться на том, чтобы правильно выполнять необходимые движения, не думая о своей безопасности.
- Тренировочный процесс идет четко по плану, теоретические и практические занятия осуществляются в одном месте.
- Тренировки не разорваны по времени.
- Полетное время заполнено самым эффективным образом.
- Инструктор и ученик могут видеть друг друга, общаться друг с другом. Это дает возможность тут же исправить возможные ошибки и добиться правильного исполнения движений.
Недостатки использования
- Чаще всего новички в парашютном спорте, занимаясь в аэродинамической трубе, не могут зафиксировать, сфокусировать взгляд. Их бегающие плавающие глаза не могут сконцентрироваться на зданиях и на необходимых действиях.
- Занимающийся очень часто бывает излишне напряжен, скован, а это вызывает потерю позы. Нередко он пытается оторваться от сетки и взлететь, спеша и форсируя события.
- Может совершать ненужные резкие движения, помогая себе руками и ногами, а так же не выдерживать заданную высоту.
phoenix-master.com
Вертикальная аэродинамическая труба - это... Что такое Вертикальная аэродинамическая труба?
Вертикальная аэродинамическая труба — аэродинамическая труба, в которой воздух движется вертикально вверх. Это позволяет имитировать свободное падение при парашютном прыжке. Трубы используются в развлекательных целях, для тренировки спортсменов-парашютистов и подготовки военных.
Труба часто рекламируются как отличное средство для тех, кто хочет попробовать прыжок с парашютом, но испытывает страх высоты.
Устройство
Полёт в вертикальной аэродинамической трубеВертикальные трубы делятся на два типа:
- С нижним расположением винта (наддувающие)
- С верхним расположением винта (высасывающие)
Наддувающие трубы — самые простые. Двигатель через редуктор приводит в движение большой винт, установленный под сеткой. Рабочая зона обычно не ограничена ничем. Человек вылетевший из потока падает на сетку или на надувные подушки вокруг рабочей зоны. Такие трубы могут быть мобильными, часто используются для различных шоу и аттракционов, хорошо привлекают внимание.
Трубы с верхним расположением винта как правило монтируются в специально построенном здании. Сверху рабочей зоны, огороженной прозрачной стенкой устанавливаются 2 или 4 двигателя с винтами, которые высасывают воздух, проходящий через рабочую зону. В таких трубах поток совершенно одинаковый по всей рабочей зоне. Трубы могут быть открытого и закрытого типа. В трубе закрытого типа воздух циркулирует по замкнутому циклу, это предпочтительно в странах с холодным климатом.
Для создания потока используется один или несколько электрических или дизельных двигателей. Средняя скорость потока в трубах составляет от 190 до 260 км/ч[1], а минимальная скорость потока для отрыва взрослого человека в «балахоне» составляет около 130 км/ч[2]. Оператор наблюдающий за рабочей зоной может своевременно прибавлять и убавлять скорость потока по мере надобности.
Так как давление потока растет пропорционально квадрату скорости потока, разница в скорости «падения» даже самых тяжелых и самых легких людей не превышает 20—30 км/ч. Такая разница в скорости может быть легко скомпенсирована одеждой и позой в потоке.
Вертикальная аэродинамическая труба характеризуется диаметром рабочей зоны и максимальной мощностью. Диаметр рабочей зоны может быть от 1,8 м (на 1 человека) до 5 м, где может тренироваться команда из 8 человек.
История
Открытая труба на площади Рассел-сквер, ЛондонВпервые человек взлетел в вертикальной аэродинамической трубе в 1964 году, на воздушной базе Райт-Патерсон, Огайо, США.
Широкое распространение трубы получили в конце 1990-х, с увеличением популярности парашютного спорта.
На церемонии закрытия XX зимних олимпийских игр в Турине в 2006 году была показана большая вертикальная труба «Wind Machine», над которой парили спортсмены, иллюстрирующие разные зимние виды спорта[3]. Вертикальная труба была изготовлена компанией «Аэродиум».
Во время презентации официального логотипа Олимпиады «Sochi 2014» в 2009 году в представлении на Красной площади участвовали исполнители трюков в вертикальной аэродинамической трубе.
Латвийский павильон на выставке Expo 2010 оборудован открытой вертикальной аэродинамической трубой.
Спорт
Поведение тела в потоке вертикальной аэродинамической трубы очень похоже на поведение тела при достижении терминальной скорости во время прыжка с парашютом. Появился даже новый термин «bodyflight», полет телом. Используя ноги, руки и все тело как рули, можно делать перемещения (транзиты), повороты, регулировать скорость падения. Точность и скорость выполнения имеет большое значение в парашютных видах спорта: групповой акробатике (RW), больших формациях и вертикальной RW.
В трубе могут проводиться и соревнования. В этом есть плюсы: нет зависимости от погоды, от самолета и наличия кворума. Многие трубные инструкторы с большим налётом могут иметь малое количество прыжков с парашютом, и при этом выступать на профессиональном уровне[4].
Трубы в России
- «FlyStation» Первая профессиональная труба в (Санкт-Петербурге)скорость потока до 300км. в час.
- «FreeZone» (Москва, Чехов) Профессиональная труба.
- «Аэропоток» (Москва)
- «Аэротруба.ру» (Москва, МКАД) Профессиональная труба.
- «ЛеТайм» (Санкт-Петербург) Такие трубы могут быть мобильными, часто используются для различных шоу и аттракционов.
- «AeroDream» (Санкт-Петербург) Такие трубы могут быть мобильными, часто используются для различных шоу и аттракционов.
- «Воздухоплаватели» (Самара)
- «Торнадо-V» (Ростов-на-Дону, Ольгинская (Аксайский район))
- Труба на горе Тёплая (Первоуральск)
- «ВВЕРХ!» (Новосибирск, городская набережная)
Производители труб
См. также
Примечания
Ссылки
dic.academic.ru
Аэродинамическая труба (велоспорт) | Интернет-журнал о велосипедах
Аэродинамическая труба — это специальный комплекс, предназначенный для определения сложного взаимодействия высокой скорости объекта, скорости потоков воздуха и сил, воздействующих на объект. Движение воздуха вокруг велосипедиста, велосипеда, автомобиля, самолета является аэродинамическим потоком. Во время проверки велосипеда в аэротрубе вычисляется оптимальная посадка велосипедиста и тестируются аэродинамические свойства велосипеда, оборудования (например шлема, руля, колес) и одежды. Такие тесты позволяют добиться максимальной эффективности перед крупными соревнованиями, например Tour de France.
Аэротруба состоит из большой комнаты с огромными лопастями, управляемыми мощными двигателями, на одном конце. Именно эти лопасти и имитируют сильные потоки воздуха, сопоставимые с реальными условиями ветра. Пол в трубе напичкан электроникой, позволяющей максимально точно определить аэродинамический баланс. Для определения пути потока воздуха вокруг велосипеда и велосипедиста в воздух подмешивают дым или используют оптические устройства. Велосипед закрепляется на специальных стойках, а в процессе измерения скорость ветра и его направление изменяется, чтобы проверить всевозможные варианты взаимодействия.
Многочисленные испытания показывают, что велосипед создает меньшее сопротивление (30%), в то время как остальные 70% приходятся на долю велосипедиста. Это связано с его положением, расположением рук и головы. Оптимальным считается расположение рук, паралельно дорожному покрытию, локти должны быть перед коленями, плечи опущенны. Не мало внимания уделяется и одежде спортсмена. Тесты быстро показали, что наилучшие аэродинамические свойства у обтягивающей одежды (так называемые Skinsuits). Бритые ноги также положительно влияют на аэродинамику, хотя последние тесты показали, что Skinsuits даже лучше, чем бритая кожа.
Пример результата тестирования форм труб для велосипеда. Становится понятно, почему велопроизводители отошли от классических "круглых" труб и перешли к "яйцевидным" и более плоским. Обтекаемость — одни из лучших средств улучшения аэродинамики.
Оптимальная позиция велосипедиста для уменьшения сопротивления воздуха
Тестирование и проверка в аэротрубе — не только утомительная работа для спортсмена, но и для инженеров. Огромное количество полученных данных нуждается в своевременной обработке и анализе.
www.cyclepedia.ru
Аэродинамическая труба — Википедия РУ
Аэродинами́ческая труба́ — это техническое устройство, предназначенное для моделирования воздействия среды на движущиеся в ней тела. 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 (геометрически подобные, упруго подобные, термически подобные и т. д.), натурные объекты или их элементы, образцы материалов (унос материалов, каталитичность поверхности и т. д.).
Аэродинамическая труба состоит из одного или нескольких вентиляторов (или других устройств нагнетания воздуха), которые нагнетают воздух в трубу, где находится модель исследуемого тела, тем самым создаётся эффект движения тела в воздухе с большой скоростью (принцип обращения движения).
Аэродинамические трубы классифицируют по диапазону возможных скоростей потока (дозвуковые, трансзвуковые, сверхзвуковые, гиперзвуковые), размеру и типу рабочей части (открытая, закрытая), а также поджатию — соотношению площадей поперечных сечений сопла трубы и форкамеры. Также существуют отдельные группы аэродинамических труб:
- Высокотемпературные — дополнительно позволяют изучать влияние больших температур и связанных с ними явлений диссоциации и ионизации газов.
- Высотные — для исследования обтекания моделей разреженным газом (имитация полёта на большой высоте).
- Аэроакустические — для исследования влияния акустических полей на прочность конструкции, работу приборов и т. п.
Исследование характеристик надводных и подводных частей корпуса судов приходится выполнять с использованием дублированных моделей, что позволяет удовлетворить условию непротекания по поверхности раздела сред. В качестве альтернативы возможно использование специального экрана, имитирующего поверхность воды.
Центральный аэродинамический институт имеет 60 различных аэродинамических труб для скоростей от 10 м/с до M=25, некоторые из них (СМГДУ с магнитогидродинамическим разгоном до 8000 м/с, УСГД с давлением торможения 5000 атм) уникальны[1].
«Типовые» эксперименты
Импеллер (рабочее колесо) аэродинамической трубы СПбГУВК Дублированная модель надводной части судна в аэродинамической трубе СПбГУВК- Измерение давлений по поверхности тела.
Для исследования необходимо изготовить дренированную модель тела — в поверхности модели выполняются отверстия, которые соединяются шлангами с манометрами.
В гидромеханике доказано, что давление без изменений передается поперек пограничного слоя, что позволяет рассчитать сопротивление давления тела по результатам измерения давлений.
- Измерение сил и моментов, действующих на тело
Для исследования необходимо подвесить модель на многокомпонентном динамометре (Аэродинамические весы) либо на системе растяжек, позволяющей измерять натяжение каждой растяжки. Пересчет сил и моментов, действующих на тело, осуществляется в соответствии с критерием подобия Рейнольдса.
- Визуализация течений
Для решения этой задачи используют шерстяные нити (шелковинки), наклеенные на поверхность модели либо закрепленные на проволочной сетке. Возможна постановка эксперимента с подачей цветного дыма в характерные зоны потока, но продолжительность такого эксперимента (в трубах с повторной циркуляцией воздуха), как правило, весьма мала вследствие общего задымления всего аэродинамического тракта.
История
Первые в мире аэродинамические трубы были построены 1871 году членом Совета Королевского авиационного общества Великобритании Фрэнсисом Гербертом Уэнхемом (Francis Herbert Wenham) и русским военным инженером В. А. Пашкевичем[2][3]. Уэнхем использовал свою аэродинамическую трубу для исследований несущих свойств крыла[4], тогда как труба Пашкевича предназначалась для определения аэродинамических характеристик артиллерийских снарядов[3].
В 1897 году К. Э. Циолковский построил прототип аэродинамической трубы собственной конструкции, использовав поток воздуха на выходе из центробежного вентилятора, и впервые в России применил этот агрегат для изучения эффектов, проявляющихся при обтекании твёрдых тел (самолётов, автомобилей, ракет) воздушным потоком.
Под руководством Н. Е. Жуковского при механическом кабинете Московского университета в 1902 году была сооружена аэродинамическая труба, в которой осевым вентилятором создавался воздушный поток со скоростью до 9 м/с.
Первая аэродинамическая труба разомкнутой схемы была создана Т.Стантоном в Национальной физической лаборатории в Лондоне в 1903 году., вторая — Н. Е. Жуковским в Москве в 1906 году.
Первая замкнутая аэродинамическая труба построена в 1909 году в Гёттингене Людвигом Прандтлем, вторая — в 1910 году Т. Стантоном.
Первая аэродинамическая труба со свободной струей в рабочей части была построена Гюставом Эйфелем в Париже на Марсовом поле в 1909 году.
Дальнейшее развитие шло преимущественно по пути увеличения их размеров и повышения скорости потока в рабочей части (где помещается модель).
В 1934 году в районе Берлина построена Большая аэродинамическая труба (Адлерсхоф) для аэродинамического моделирования. В трубе диаметром от 8,5 до 12 м размещались части самолётов и изучалось воздействие на них горизонтальных воздушных потоков. Особенностью данной аэродинамической трубы является бетонное сооружение «Zeiss-Dywidag» с толщиной стенок всего 8 сантиметров. В настоящее время сохраняется как памятник промышленной архитектуры в составе Аэродинамического парка.
Впервые человек взлетел в вертикальной аэродинамической трубе в 1964 году на воздушной базе Райт-Патерсон, Огайо, США.
См. также
Примечания
- ↑ ЦАГИ — Экспериментальная база
- ↑ Энциклопедия "Авиация". — М.: Научное издательство "Большая Российская Энциклопедия", 1994. — 736 с.
- ↑ 1 2 Авиация в России. — М.: Машиностроение, 1983.
- ↑ Соболев Д. А. История самолётов. Начальный период.. — М.: РОССПЭН, 1995. — 343 с.
Литература
- Гофман А. Д. Движительно-рулевой комплекс и маневрирование судна. — Л.: Судостроение, 1988.
- Справочник по теории корабля. В трёх томах / Я.И. Войткунский. — Л.: Судостроение, 1987. — Т. 1.
- Физическая энциклопедия / А.М. Прохоров. — М.: Советская энциклопедия, 1988. — Т. 1. — С. 161—164. — 704 с. — 100 000 экз.
Ссылки
http-wikipediya.ru
Аэродинамическая труба - это... Что такое Аэродинамическая труба?
установка, создающая поток воздуха или газа для эксперимент, изучения явлений, сопровождающих обтекание тел. С помощью А. т. определяются силы, возникающие при полёте самолётов и вертолётов, ракет и космических кораблей, при движении подводных судов в погруженном состоянии; исследуются их устойчивость и управляемость; отыскиваются оптимальные формы самолётов, ракет, космических и подводных кораблей, а также автомобилей и поездов; определяются ветровые нагрузки, а также нагрузки от взрывных волн, действующие на здания и сооружения — мосты, мачты электропередач, дымовые трубы и т. п. В специальных А. т. исследуется нагревание и теплозащита ракет, космических кораблей и сверхзвуковых самолётов.
Опыты в А. т. основываются на принципе обратимости движения, согласно которому перемещение тела относительно воздуха (или жидкости) можно заменить движением воздуха, набегающего на неподвижное тело. Для моделирования движения тела в покоящемся воздухе необходимо создать в А. т. равномерный поток, имеющий в любых точках равные и параллельные скорости (равномерное поле скоростей), одинаковые плотность и температуру. Обычно в А. т. исследуется обтекание модели проектируемого объекта или его частей и определяются действующие на неё силы. При этом необходимо соблюдать условия, которые обеспечивают возможность переносить результаты, полученные для модели в лабораторных условиях, на полноразмерный натурный объект (см. Моделирование, Подобия теория). При соблюдении этих условий Аэродинамические коэффициенты для исследуемой модели и натурного объекта равны между собой, что позволяет, определив аэродинамический коэффициент в А. т., рассчитать силу, действующую на натуру (например, самолёт).Прототип А. т. был создан в 1897 К. Э. Циолковским, использовавшим для опытов поток воздуха на выходе из центробежного вентилятора. В 1902 Н. Е. Жуковский построил А. т., в которой осевым вентилятором создавался воздушный поток со скоростью до 9 м/сек. Первые А. т. разомкнутой схемы были созданы Т. Стантоном в Национальной физической лаборатории в Лондоне в 1903 и Н. Е. Жуковским в Москве в 1906, а первые замкнутые А. т. — в 1907—1909 в Гёттингене Л. Прандтлем и в 1910 Т. Стантоном. Первая А. т. со свободной струей в рабочей части была построена Ж. Эйфелем в Париже в 1909. Дальнейшее развитие А. т. шло преимущественно по пути увеличения их размеров и повышения скорости потока в рабочей части (где помещается модель), которая является одной из основных характеристик А. т.
В связи с развитием артиллерии, реактивной авиации и ракетной техники появляются сверхзвуковые А. т., скорость потока в рабочей части которых превышает скорость распространения звука. В аэродинамике больших скоростей скорость потока или скорость полёта летательных аппаратов характеризуется числом М = v/a (т. е. отношением скорости потока v к скорости звука а). В соответствии с величиной этого числа А. т. делят на 2 основные группы: дозвуковые, при М М > 1.
Дозвуковые аэродинамические трубы. Дозвуковая А. т. постоянного действия (рис. 1) состоит из рабочей части 1, обычно имеющей вид цилиндра с поперечным сечением в форме круга или прямоугольника (иногда эллипса или многоугольника). Рабочая часть А. т. может быть закрытой или открытой (рис. 2, а и б), а если необходимо создать А. т. с открытой рабочей частью, статическое давление в которой не равно атмосферному, струю в рабочей части отделяют от атмосферы т. н. камерой Эйфеля (рис. 2) (высотной камерой). Исследуемая модель 2 (рис. 1) крепится державками к стенке рабочей части А. т. или к аэродинамическим весам 3. Перед рабочей частью расположено Сопло 4, которое создаёт поток газа с заданными и постоянными по сечению скоростью, плотностью и температурой (6 — спрямляющая решётка, выравнивающая поле скоростей). Диффузор 5 уменьшает скорость и соответственно повышает давление струи, выходящей из рабочей части. Компрессор (вентилятор) 7, приводимый в действие силовой установкой 8, компенсирует потери энергии струи; направляющие лопатки 9 уменьшают потери энергии воздуха, предотвращая появление вихрей в поворотном колене; обратный канал 12 позволяет сохранить значительную часть кинетической энергии, имеющейся в струе за диффузором. Радиатор 10 обеспечивает постоянство температуры газа в рабочей части А. т. Если в каком-либо сечении канала А. т. статическое давление должно равняться атмосферному, в нём устанавливают клапан 11.Размеры дозвуковых А. т. колеблются от больших А. т. для испытаний натурных объектов (например, двухмоторных самолётов) до миниатюрных настольных установок.
А. т., схема которой приведена на рис. 1, относится к типу т. н. замкнутых А. т. Существуют также разомкнутые А. т., в которых газ к соплу подводится из атмосферы или специальных ёмкостей. Существенной особенностью дозвуковых А. т. является возможность изменения скорости газа в рабочей части за счёт изменения перепада давления.
Согласно теории подобия, для того чтобы аэродинамические коэффициенты у модели и натуры (самолёта, ракеты и т. п.) были равны, необходимо, кроме геометрического подобия, иметь одинаковые значения чисел М и Рейнольдса числа Re в А. т. и в полёте (Re = ρvl/μ, ρ — плотность среды, μ — динамич. вязкость, l — характерный размер тела). Чтобы обеспечить эти условия, энергетическая установка, создающая поток газа в А. т., должна обладать достаточной мощностью (мощность энергетической установки пропорциональна числу М, квадрату числа Re и обратно пропорциональна статическому давлению в рабочей части pc.
Сверхзвуковые аэродинамические трубы. В общих чертах схемы сверхзвуковой и дозвуковой А. т. аналогичны (рис. 1 и 3). Для получения сверхзвуковой скорости газа в рабочей части А. т. применяют т. н. сопло Лаваля, которое представляет собой сначала сужающийся, а затем расширяющийся канал. В сужающейся части скорость потока увеличивается и в наиболее узкой части сопла достигает скорости звука, в расширяющейся части сопла скорость становится сверхзвуковой и увеличивается до заданного значения, соответствующего числу М в рабочей части. Каждому числу М отвечает определённый контур сопла. Поэтому в сверхзвуковых А. т. для изменения числа М в рабочей части применяют сменные сопла или сопла с подвижным контуром, позволяющим менять форму сопла.
В диффузоре сверхзвуковой А. т. скорость газа должна уменьшаться, а давление и плотность возрастать, поэтому его делают, как и сопло, в виде сходящегося — расходящегося канала. В сходящейся части сверхзвуковая скорость течения уменьшается, а в некотором сечении возникает скачок уплотнения (Ударная волна), после которого скорость становится дозвуковой. Для дальнейшего замедления потока контур трубы делается расширяющимся, как у обычного дозвукового диффузора. Для уменьшения потерь диффузоры сверхзвуковых А. т. часто делают с регулируемым контуром, позволяющим изменять минимальное сечение диффузора в процессе запуска установки.В сверхзвуковой А. т. потери энергии в ударных волнах, возникающих в диффузоре, значительно больше потерь на трение и вихреобразование. Кроме того, значительно больше потери при обтекании самой модели, поэтому для компенсации этих потерь сверхзвуковые А. т. имеют многоступенчатые компрессоры и более мощные силовые установки, чем дозвуковые А. т.
В сверхзвуковом сопле по мере увеличения скорости воздуха уменьшаются его температура Т и давление р, при этом относительная влажность воздуха, обычно содержащего водяные пары, возрастает, и при числе М ≈ 1,2 происходит конденсация пара, сопровождающаяся образованием ударных волн — скачков конденсации, существенно нарушающих равномерность поля скоростей и давлений в рабочей части А. т. Для предотвращения скачков конденсации влага из воздуха, циркулирующего в А. т., удаляется в специальных осушителях 11.
Одним из основных преимуществ сверхзвуковых А. т., осуществляемых по схеме рис. 3, является возможность проведения опытов значительной продолжительности. Однако для многих задач аэродинамики это преимущество не является решающим. К недостаткам таких А. т. относятся: необходимость иметь энергетические установки большой мощности, а также трудности, возникающие при числах М > 4 вследствие быстрого роста требуемой степени сжатия компрессора. Поэтому широкое распространение получили т. н. баллонные А. т., в которых для создания перепада давлений перед соплом помещают баллоны высокого давления, содержащие газ при давлении 100 Мн/м2(1000 кгс/см2), а за диффузором — вакуумные ёмкости (газгольдеры), откачанные до абсолютного давления 100—0,1 н/м2(10-3—10-6кгс/см2), или систему эжекторов (рис. 4).
Одной из основных особенностей А. т. больших чисел М (М > 5) является необходимость подогрева воздуха во избежание его конденсации в результате понижения температуры с ростом числа М. В отличие от водяных паров, воздух конденсируется без заметного переохлаждения. Конденсация воздуха существенно изменяет параметры струи, вытекающей из сопла, и делает её практически непригодной для аэродинамического эксперимента. Поэтому А. т. больших чисел М имеют подогреватели воздуха. Температура T0, до которой необходимо подогреть воздух, тем больше, чем больше число М в рабочей части А. т. и давление перед соплом p0. Например, для предотвращения конденсации воздуха в А. т. при числах М ≈ 10 и p0 ≈ 5 Мн/м2(50 кгс/см2) необходимо подогревать воздух до абсолютной температуры T0 ≈ 1000 К.
Развитие техники идёт в направлении дальнейшего увеличения скоростей полёта. Спускаемые космические аппараты «Восток» и «Восход» входят в атмосферу Земли с первой космической скоростью v1кос ≈ 8 км/сек (т. е. М > 20). Космические корабли, возвращающиеся на Землю с Луны и др. планет, будут входить в атмосферу со второй космической скоростью v2кос ≥ 11 км/сек (М > 30). При таких скоростях полёта температура газа за ударной волной, возникающей перед летящим телом, превыщает 10000 К, молекулы азота и кислорода диссоциируют (распадаются на атомы), и становится существенной Ионизация атомов. Необходимо исследовать влияние этих процессов на силы, возникающие при обтекании тела, и тепловые потоки, поступающие к его поверхности. Для этого в А. т. необходимо получить не только натурные значения чисел М и Re, но и соответствующие температуры T0. Это привело к созданию новых типов А. т., работающих с газом, нагретым до высоких температур, значительно превышающих температуру, необходимую для предотвращения конденсации воздуха при данном числе М. К установкам этой группы относятся ударные трубы, импульсные установки, электродуговые установки и т. п.Ударная труба (рис. 5, а) представляет собой ступенчатую цилиндрическую трубу, состоящую из двух секций — высокого 1 и низкого 2 давления, разделённых мембраной 3. В секции 1 содержится «толкающий» газ (обычно Не или Н), нагретый до высокой температуры и сжатый до давления p1. Секция низкого давления заполняется рабочим газом (воздухом) при низком давлении p2 Это состояние, предшествующее запуску А. т., соответствует на рис. 5, б времени t0. После разрыва мембраны 3 по рабочему газу начинает перемещаться ударная волна 4, которая сжимает его до давления р и повышает температуру. За ударной волной с меньшей скоростью двигается контактная поверхность 5, разделяющая толкающий и рабочий газы (момент времени t1). Давление и температура рабочего газа в объёме между ударной волной и контактной поверхностью постоянны. В дальнейшем ударная волна 4 пройдёт через сопло 6 и рабочую часть А. т. 7 в ёмкость 8, и в рабочей части установится сверхзвуковое течение с давлением p4 (момент времени t2).
Исследование обтекания газом модели 9 начинается в тот момент, когда ударная волна 4 пройдёт сечение, в котором расположена модель, и заканчивается, когда в это сечение придёт контактная поверхность. Поскольку скорость движения ударной волны в трубе 2 больше скорости контактной поверхности, очевидно, что длительность эксперимента в А. т. тем больше, чем больше длина «разгонной» трубы 2. В существующих ударных А. т. эта длина достигает 200—300 м.
Рассмотренный тип ударных А. т. даёт возможность получить температуры около 8000 К при времени работы порядка миллисекунд. Применяя ударные А. т. с несколькими мембранами, удаётся получить температуры до 18000 К.
Электродуговые А. т. Для решения многих задач аэродинамики можно ограничиться меньшими температурами, но требуется значительное время эксперимента, например при исследовании аэродинамического нагрева (См. Аэродинамический нагрев) или теплозащитных покрытий.В электродуговых А. т. (рис. 6) воздух, подаваемый в форкамеру сопла, подогревается в электрической дуге до температуры Аэродинамическая труба6000 К. Дуга, образующаяся в кольцевом канале между охлаждаемыми поверхностями центрального электрода 1 и камеры 2, вращается с большой частотой магнитным полем, создаваемым индуктивной катушкой 7 (вращение дугового разряда необходимо для уменьшения эрозии электродов). А. т. этого типа позволяет получить числа М до 20 при длительности эксперимента в несколько сек. Однако давление в форкамере обычно не превышает 10 Мн/м2 (100 кгс/см2).
Большие давления в форкамере Аэродинамическая труба60 Мн/м2 (600 кгс/см2) и, соответственно, большие значения числа М можно получить в т. н. импульсных А. т., в которых для нагревания газа применяется искровой разряд батареи высоковольтных конденсаторов. температура в форкамере импульсной А. т. Аэродинамическая труба 6000 К, время работы — несколько десятков мсек.
Недостатки установок этого типа — загрязнение потока продуктами эрозии электродов и сопла и изменение давления и температуры газа в процессе эксперимента.
Лит.: Пэнкхёрст Р. и Холдер Д., Техника эксперимента в аэродинамических трубах, пер. с англ., М., 1955; Закс Н. А., Основы экспериментальной аэродинамики, 2 изд., М., 1953; Хилтон У. Ф., Аэродинамика больших скоростей, пер. с англ., М., 1955; Современная техника аэродинамических исследований при гиперзвуковых скоростях, под ред. А. М. Крилла, пер. с англ., М., 1965; Исследование гиперзвуковых течений, под ред. Ф. Р. Риддела, пер. с англ., М., 1965.
М. Я. Юделович.
Рис. 1. Дозвуковая аэродинамическая труба.
Рис. 2. Схемы рабочей части аэродинамической трубы (а — закрытая, б — открытая, в — открытая рабочая часть с камерой Эйфеля): 1 — модель; 2 — сопло; 3 — диффузор; 4 — струя газа, выходящего из сопла; 5 — камера Эйфеля; 6 — рабочая часть.
Рис. 3. Сверхзвуковая аэродинамическая труба: 1 — рабочая часть; 2 — модель; 3 — аэродинамические весы; 4 — сопло; 5 — диффузор; 6 — спрямляющие решётки; 7 — компрессор с двигателем ; 9 — обратный канал; 10 — теплообменник; 11 — осушитель воздуха.
Рис. 4. Две баллонные аэродинамические трубы с повышенным давлением на входе в сопло и с пониженным давлением на выходе из диффузора, создаваемым: а — двухступенчатым эжектором и б — вакуумным газгольдером; 1 — компрессор высокого давления; 2 — осушитель воздуха; 3 — баллоны высокого давления; 4 — дроссельный кран; 5 — ресивер сопла; 6 — сопло; 7 — модель; 8 — диффузор аэродинамической трубы; 9 — эжекторы; 10 — дроссельные краны; 11 — диффузор эжектора; 12 — быстродействующий кран; 13 — вакуумный газгольдер; 14 — вакуумный насос; 15 — подогреватель воздуха; 16 — радиатор.
Рис. 5. а — ударная аэродинамическая труба; б — график изменения давления в ударной трубе.
Рис. 6. Электродуговая аэродинамическая труба: 1 — центральный (грибообразный) электрод, охлаждаемый водой; 2 — стенки камеры, переходящие в сверхзвуковое сопло, охлаждаемые водой; 3 — рабочая часть с высотной камерой; 4 — модель; 5 — диффузор; 6 — дуговой разряд; 7 — индукционная катушка, вращающая дуговой разряд; I — контакты для подведения электрического тока дугового разряда; II — контакты для подведения электрического тока к индукционной катушке.
dic.academic.ru