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乱流球法:風洞流量の評価

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空力テストでは、風洞は、様々な物体やスケールされた航空機の空力特性を決定する上で非常に重要です。風洞データは、テストセクション内に取り付けられたテストモデルに制御された空気の流れを適用することによって生成されます。通常、テスト モデルのジオメトリは似ていますが、実際のオブジェクトと比較して縮尺は小さくなります。

風洞試験で生成されたデータの有用性を確保するためには、風洞流れ場と実際の物体上の実際の流れ場との動的な類似性を確保する必要があります。動的な類似性を維持するには、風洞実験のレイノルズ数は、テスト中の流れ現象のレイノルズ数と同じでなければなりません。

しかし、同じテストレイノルズ数でも風洞や自由気で行われる実験は、風洞試験区内の自由流の乱流の影響により、異なる結果を提供することができます。これらの違いは、風洞に対してより効果的なレイノルズ数として認識される場合があります。では、風洞でのテストを自由空実験とどのように関連付けるにはどうすればよいでしょうか。

球のような既知の流れ挙動を持つ明確に定義された物体を使用して、風洞内の自由流の乱流の強度を推定することができます。このメソッドは、乱流球法と呼ばれています。乱流球法は、球引き下げ危機と呼ばれるよく研究された状態に依存しています。

球体ドラッグクライシスは、レイノルズ数が臨界値に達すると球のドラッグ係数が突然低下する現象を表します。流れが重要なレイノルズ数に達すると、境界層は層積層から球の前端に非常に近い乱流に遷移します。この遷移は、低レイノルズ数の流れと比較して、遅延流量分離とより薄い乱流覚醒を引き起こし、ドラッグを減少させる。

したがって、テストレイノルズ数の範囲で球のドラッグ係数を測定し、重要なレイノルズ数を決定することができます。これにより、テストレイノルズ数をレイノルズ数の有効数に相関させる乱流係数を決定することができます。

本実験では、風洞といくつかの異なる乱流球を組み込んだ圧力タップを用いた乱流球法を実証する。

この実験では、空力風洞と直径の変化する複数の乱流球を利用して、トンネル試験部の自由流流の乱流レベルを決定します。乱流球は、それぞれ先端に圧力タップを備え、後縁から22.5°に位置する4つの圧力タップを備えており、風洞の乱流を分析するのに役立ちます。

実験を設定するには、まず風洞ピトー管を圧力スキャナポート番号1に接続します。次に、風洞静的圧力ポートをポート番号 2 に接続します。次に、外部残高をロックします。風洞内のバランスサポートの球支柱を固定します。

次に、球体に6を取り付します。リーディングエッジ圧力タップを圧力スキャナポート番号3に接続し、4つの後方圧力タップをポート4に接続します。空気供給ラインを圧力レギュレータに接続し、圧力を65 psiに設定します。次に、圧力スキャナのマニホールドを65psiで調整された圧力ラインに接続します。

データ集録システムと圧力スキャナを起動します。システムが平衡化している間、滑らかな球のための自由空気臨界レイノルズ数に基づいてテストに必要な最大動的圧力、q maxを推定します。

ここでは、各球の最初と 2 番目の検定に推奨されるテスト パラメータを一覧表示します。次に、これらのパラメータを使用して、0 から q max までの動的圧力テスト範囲を定義し、範囲を 15 の間隔に分割してテスト ポイントを定義します。

実験を実行する前に、部屋の気圧を読み取り、値を記録します。また、室温を読み取り、その値を記録します。マノメーターメーカーが提供する方程式を使用して、室温と地理位置情報を使用して気圧に補正を適用します。

次に、最初にスキャン プログラムを開いてデータ取得ソフトウェアをセットアップします。次に、適切なIPアドレスを設定し、接続を押すことによって、圧力センサからの信号を読み取り、校正するソフトウェアDSM 4000を接続します。製造元によって定義されているコマンドを挿入し、各コマンドの後に enter キーを押すことを忘れないでください。

ソフトウェアの準備が整いましたので、テストセクションと風洞に破片や緩い部品がないことを確認します。次に、テスト セクションのドアを閉じて、風洞の速度がゼロに設定されているかどうかを確認します。風洞をオンにし、風洞冷却システムをオンにします。

風速がゼロに等しい状態で、データ集録システムでデータの記録を開始し、コマンドスキャンを入力して圧力測定を開始します。次に、風洞温度を記録します。風速は動的圧力に直接関係するため、次の動的圧力試験点に到達するまで風速を上げます。その後、対気速度が安定するまで待ち、再び圧力スキャンを開始します。必ず風洞の温度を記録してください。各動的圧力ポイントで圧力スキャンを行い、毎回風洞温度を記録して実験を続けます。6 インチの球体に対してすべてのポイントを測定したら、4.987 インチおよび 4 インチの乱流球の安定化と圧力スキャンの実験を繰り返します。

球体ごとに、圧力ポート3の停滞圧力と後方ポートの圧力を減算して圧力差、デルタPを測定した。また、試験部の総圧力、Pt、圧力ポート1と静圧、Ps、圧力ポート2から、試験動的圧力を決定するために使用されるqを測定した。

次に、正規化された圧力を計算し、これは動的圧力で割った圧力差に等しい。空気圧や気流温度も記録し、気流特性の計算を可能にしました。テストセクションにスロットがあることを思い出してください。したがって、試験部に流圧勾配がないと仮定すると、フリーストリーム流の局所静圧の絶対値を周囲の空気圧として使用することができる。

密度は、サザーランドの式を使用して得られる理想的なガス法則と粘度を使用して得られます。空気密度と粘度が決定されたら、レイノルズ数を計算できます。ここでは、レイノルズ数と正規化された圧力差のプロットを示し、デルタPをq以上に示す。

このプロットを使用すると、クリティカルレイノルズ数は正規化された圧力値 1.22 に対応するため、各球のクリティカル レイノルズ数を決定できます。各クリティカルレイノルズ数で、乱流係数と有効なレイノルズ数を評価できます。乱気流係数は、風洞内の乱流の強度と相関します。

要約すると、フリーストリーム乱流が風洞でのテストにどのように影響するかを学びました。次に、いくつかの滑らかな球を使用して、風洞流の乱流係数と強度を決定し、その品質を評価しました。

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