$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
طريقة التحكم في حجم هي أداة قوية في هندسة السوائل ، وتستخدم على نطاق واسع للتصميم الديناميكي الهوائي للهياكل أو الأجهزة. تتطور القوة عندما يتحرك جسم عبر سائل. القوى التي يمارسها تدفق السوائل على الأجسام هي نتيجة للتغيرات في الزخم الخطي للتدفق من حولها. من أجل تصميم شفرة توربينات الرياح أو شراع القارب أو جناح الطائرة ، يجب أن يكون المهندس قادرا على تحديد الأحمال المهيمنة في النظام. يحتوي صندوق أدوات المحلل الهندسي على طرق للتنبؤ بجدوى تطوير نظام هندسي معين بالإضافة إلى طرق معقدة لحساب الهيكل التفصيلي. سيوضح هذا الفيديو كيفية تطبيق طريقة حجم التحكم لتحديد الحمل الديناميكي الهوائي على لوحة مسطحة بزوايا مختلفة وتوضيح كيفية تقدير الأحمال وقياسها في المختبر.
دعونا نفكر في طائرة نفاثة تصطدم بلوحة مائلة مسطحة. يجب أن تكون على دراية بهذا المثال من الفيديو السابق. الآن دعنا نأخذ حجما عشوائيا من الاهتمام حول الهيكل المسمى حجم التحكم ، والذي يتم تحديده بواسطة سطح مغلق وهمي يسمى سطح التحكم. يتمثل المبدأ الرئيسي وراء تحليل حجم التحكم في استبدال التفاصيل المعقدة لنظام معرض لتدفق السوائل بمخطط مبسط للجسم الحر للحجم المختار. يمكن أن تكون القوى المؤثرة على النظام قوى سطحية بسبب الضغط أو القص الناجم عن التدفق. يمكن أن تكون القوى المؤثرة على النظام أيضا قوى جسم ، على سبيل المثال وزن المواد الصلبة والسوائل الموجودة داخل حجم التحكم ، أو قوى أخرى ناتجة عن التأثيرات الحجمية مثل المجالات الكهرومغناطيسية. مجموع القوى المؤثرة على حجم التحكم يساوي معدل تغير الزخم الخطي داخل حجم التحكم والتدفق الصافي للزخم الخطي عبر سطح التحكم ، والذي يأخذ أيضا في الاعتبار سرعة حجم التحكم. هذه هي المعادلة المتجهة للحفاظ على الزخم الخطي. الآن دعنا نعود إلى مثالنا ونطبق المبادئ الموضحة سابقا. أولا ، دعنا نرسم حجم التحكم حول الهيكل. يجب اختيار حجم التحكم بطرق تبسط التحليل وفي نفس الوقت تلتقط التأثيرات السائدة على النظام. لاحظ أن الزخم هنا يتدفق إلى وحدة تخزين التحكم من خلال المنفذ الأول ويغادر عبر المنفذ الثاني والمنفذ الثالث. كيف يمكن كتابة معادلة الحفاظ على الزخم لهذا التكوين المعين؟ يتم وضع المنفذ الأول في موقع الوريد المتعاقد حيث تكون خطوط انسيابية السوائل متوازية والضغط الساكن للنفاثة يساوي الضغط الجوي. بافتراض أن المنفذين الثاني والثالث يقعان بعيدا بما يكفي عن منطقة الاصطدام ، فإن نفس الشروط صالحة لهذه المنافذ أيضا. وبالتالي ، يتم توزيع الضغط بشكل متجانس على سطح التحكم وهو يساوي الضغط الجوي. نتيجة لذلك ، فإن قوة الضغط الصافية المؤثرة على حجم التحكم هي صفرا. نظرا لأن سطح التحكم عمودي على تدفقات المدخل والمخرج ، فلا يوجد حمل قص ناتج عن التدفق على السطح. يتم إعطاء المصطلح الوحيد الموجود على الجانب الأيسر من المعادلة بواسطة قوة رد فعل اللوحة لانتقال الحمل الديناميكي الهوائي الذي تمارسه النفاثة على اللوحة. بافتراض أن التدفق النفاث ثابت ، لا يوجد تغيير في الزخم داخل حجم التحكم وبالتالي يختفي الحد الأول على الجانب الأيمن من المعادلة. نظرا لأن حجم التحكم لدينا ثابت في الفضاء ، فإن المعادلة تبسط ، مما يدل على أن قوة رد الفعل على الاصطدام تساوي صافي تدفق الزخم عبر سطح التحكم. تتماشى متجهات السرعة في تكويننا الخاص لسطح التحكم مع متجهات المنطقة. ونتيجة لذلك، هناك تدفق سلبي في الميناء الأول وتدفقات في المنفذين الثاني والثالث. مجموع هذه التدفقات هو قوة رد الفعل على الاصطدام. بافتراض أن سرعة المنافذ متجانسة تقريبا ، فإن معادلة القوة تبسط أكثر. بمعرفة زاوية الاصطدام ثيتا ، يمكن أن تتحلل القوة الناتجة إلى مكونها الطبيعي للوحة ومكون الظل. بعد ذلك ، نجد المكونات العادية والعرضية للسرعات في المنفذ الأول والمنفذ الثاني والمنفذ الثالث على التوالي. نستخدمها في معادلة القوة للحصول على المركبات المقابلة للقوة. الحمل العادي على اللوحة هو الأكثر صلة من الناحية الهيكلية. يمكن أيضا التعبير عنها باستخدام امتداد اللوحة وعرض النفاثة في الوريد العقد. بمعرفة نسبة الانكماش بين عرض خروج النفاثة وعقد الوريد والضغط الديناميكي عند الوريد المتعاقد ، نحصل على التعبير النهائي عن الحمل الطبيعي على اللوحة المقدر بتحليل حجم التحكم. في الأقسام التالية ، سنقوم بقياس القوى المهيمنة التي تمارسها نفاثة اصطدامية على صفيحة مائلة بتوازن ديناميكي هوائي ثم نقارن الحمل المقاس بالتقدير بناء على تحليل حجم التحكم.
قبل بدء التجربة، تحقق من أن المنشأة لا تعمل. أولا ، قم بتوصيل المنفذ الموجب لمحول الطاقة بصنبور الضغط في الجلسة المكتملة. اترك المنفذ السالب لمحول الضغط مفتوحا لاستشعار الضغط الجوي في جهاز الاستقبال. قم بتصفير محول الضغط وسجل قيمة ثابت المعايرة. اضبط عرض مخرج الطائرة وقم بقياس امتداد اللوحة. أولا ، قم بمعايرة التوازن الديناميكي الهوائي لتحديد تحويل الرفع من الفولت إلى نيوتن وتحويل السحب من الفولت إلى نيوتن. بعد ذلك ، سجل ثوابت تحويل فولت إلى نيوتن لجهاز التوازن الديناميكي الهوائي للقوة. الآن سجل جميع المعلمات الأساسية للتجربة في جدول مرجعي. بعد ذلك ، قم بإعداد نظام الحصول على البيانات لالتقاط ما مجموعه 500 عينة بمعدل 100 هرتز يعادل خمس ثوان من البيانات. أدخل ثوابت التحويل من فولت إلى نيوتن في الحقول ذات الصلة ببرنامج الحصول على البيانات. أخيرا ، قم بتركيب لوحة التأثير على توازن القوة واضبط مخرجات الجهاز على الصفر.
لبدء الحصول على البيانات ، اضبط أولا زاوية اللوحة على 90 درجة ثم قم بتشغيل مرفق التدفق. أولا ، سجل قراءة محول الضغط بالفولت. استخدم هذه الكمية مع ثابت المعايرة من الجدول المرجعي لحساب فرق الضغط بين الجلسة الكاملة والغلاف الجوي. أنت الآن جاهز لقياس القوة بتوازن القوة. للقيام بذلك ، استخدم نظام الحصول على البيانات لتسجيل بيانات القوة. سيستخدم نظام الحصول على البيانات تلقائيا عوامل التحويل لتحديد القوة باستخدام القياسات بالفولت. أدخل النتائج في جدول. قم بإيقاف تشغيل مرفق التدفق وتغيير زاوية اللوحة. بعد ذلك ، قم بتشغيل مرفق التدفق وكرر قياسات القوة لزوايا مختلفة. سجل البيانات في جدول النتائج.
احسب القوة العادية التي تمارس على صفيحة مسطحة باستخدام ثيتا الزاوية والقيم التجريبية للمكونات الأفقية والرأسية لقوة الاصطدام المقاسة بالميزان الديناميكي الهوائي. كرر الحساب لكل زاوية ثيتا وسجل القيم في جدول النتائج. باستخدام جدول المعلمات والقيم المقاسة لفرق الضغط بين الجلسة الكاملة والغلاف الجوي ، احسب القيمة النظرية لقوة الاصطدام العادية على اللوحة. كرر الحساب لكل زاوية ثيتا وسجل القيم في جدول النتائج. احسب الاختلاف بين القيم المقاسة والنظرية لقوة الاصطدام. كرر الحساب لكل زاوية ثيتا وسجل القيم في جدول النتائج.
ابدأ برسم الحمل على اللوحة المعطى من خلال القياسات المباشرة باستخدام توازن ديناميكي هوائي كدالة لزاوية الاصطدام ثيتا. ضع على نفس الرسم البياني الحمل المحسوب باستخدام التحليل النظري مع نهج حجم التحكم جنبا إلى جنب مع النسبة المئوية للخطأ إبسيلون. قارن الآن القيم المقاسة مباشرة بالقيم المحسوبة باستخدام تحليل حجم التحكم لكل حمل يتم ممارسته على اللوحة عند كل زاوية ثيتا. تختلف التناقضات بين الطريقتين بشكل غير رتيب مع زاوية ثيتا وتتراوح بين 2٪ و 12.5٪. بالنسبة للزوايا الأصغر من وتساوي 80 درجة ، قللت طريقة حجم التحكم من شأن الأحمال على اللوحة. بينما بالنسبة للزوايا الأعلى من 80 درجة ، أعطت هذه الطريقة قيما أعلى من الأحمال المقاسة. يمكن أن تكون الاختلافات بسبب حقيقة أن تحليل حجم التحكم يفترض تغيرات غير لزجة غير مشتتة في الزخم الخطي. في حين أن القياسات المباشرة لا يمكن أن تتجنب تأثير اللزوجة على التدفق.
يستخدم تحليل حجم التحكم في الحفاظ على الزخم الخطي على نطاق واسع للتنبؤ بجدوى تطوير نظام هندسي معين قبل متابعة التصميم الديناميكي الهوائي التفصيلي للهيكل أو الجهاز. تم تصميم شفرة بيلتون لتحويل أكبر قدر من الزخم الخطي إلى عزم دوران. أظهر تحليل حجم التحكم أن هندسة الشفرة التي تزيد من التغيير في الزخم الخطي لنفاثات الماء تفرض تغييرا في الاتجاه بمقدار 180 درجة في المسار النفاث. من أجل التنبؤ بتأثيرات الرياح على هيكل حقيقي الحجم ، يمكن إجراء التجارب باستخدام نموذج مصغر في أنفاق الرياح أو المياه. هنا يتم استخدام تحليل حجم التحكم جنبا إلى جنب مع قياسات السرعة في المنبع والمصب من النموذج من أجل تحديد الحمل الفعال للنموذج الأولي.
لقد شاهدت للتو مقدمة جوف لتحليل حجم التحكم في الحفاظ على الزخم الخطي. يجب أن تفهم الآن المبادئ الأساسية للطريقة وكيفية تطبيقها لتقدير القوى التي يمارسها التدفق على الهيكل. لقد تعلمت أيضا كيفية إجراء قياسات القوة باستخدام التوازن الديناميكي الهوائي. شكرا للمشاهدة.
). 
). 
). 
؛ القوة العمودية: 
). 
). 
. (ب): جانب التفريغ مع لوحة الاصطدام. (ج): تفاصيل شق التفريغ.