Наукові вісті Національного технічного університету України "Київський політехнічний інститут" (Jun 2018)
Дослідження тіла обертання спеціальної форми, подібної до тулуба дельфіна
Abstract
Проблематика. Високі швидкості плавання деяких водних тварин продовжують викликати значний інтерес дослідників. Опір тертя дельфіна, оцінений з використанням турбулентного коефіцієнта тертя на плоскій пластині, виявився занадто високим, щоб стверджувати, що дельфін не здатний рухатися так швидко, як він це робить, з властивою йому мускульною силою. Деякі попередні експерименти з твердими тілами, за формою подібними до тіла тварин, та з дельфінами, що рухались за інерцією, виявили безвідривне обтікання. Однак дослідники, пов’язані з технікою, вважають, що відрив неминучий на будь-якій гладкій формі, якщо не застосовувати активних методів керування примежовим шаром (наприклад, відсмоктування). Мета дослідження. Показати за допомогою аеродинамічних експериментів, що на твердих тілах обертання спеціальної форми можна уникнути відриву примежового шару без жодних активних методів керування потоком. Методика реалізації. Експерименти проводились в аеродинамічній трубі на швидкостях 15, 35 і 55 м/с. Використовувались вимірювання статичного тиску та візуалізація за допомогою течії олії. Для цього дослідження було взято модель UA-2 спеціальної форми довжиною 200 мм і максимальним діаметром 56,78 мм. Замкнена версія цієї моделі – UA-2c – є подібною до тіла дельфіна. Дослідження проводились у дозвуковій аеродинамічній трубі MUB Інституту механіки потоків (ISM) Технічного університету Брауншвайга, Німеччина. Труба MUB у ISM є установкою геттінгенського типу з активним охолодженням, квадратним перерізом робочої частини зі стороною 1,3 м і рівнем турбулентності приблизно 0,2 %. Для отримання інформації про потік біля поверхні використовувалась візуалізація за допомогою течії олії. Застосовувалась фарба, що є сумішшю мінерального масла та бензину в оптимізованій пропорції. Дуже дрібні частинки діоксину титану та полімерні частинки, що реагують на ультрафіолетове світло, забезпечували висококонтрастне зображення з високою просторовою роздільною здатністю. Результати дослідження. Наведено розподіли статичного тиску та результати візуалізації за допомогою течії олії для трьох значень кута атаки. При нульовому куті атаки обтікання, ймовірно, є безвідривним і ламінарним. Висновки. Вимірювання тиску та візуалізація потоку на тілі обертання спеціальної форми показали, що, ймовірно, можна уникнути відриву в досить широкому діапазоні чисел Рейнольдса. Потрібні подальші експерименти з використанням візуалізації об’єму потоку та термодатчиків швидкості для уточнення поведінки примежового шару, характеристик його відриву та турбулізації.
Keywords
