Низкоскоростная аэродинамическая труба открытого типа с большим углом раствора диффузора для испытаний воздушных винтов

Авиационная и ракетно-космическая техника


Авторы

Карпович Е. А.*, Занегин С. Ю.**

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: karpovichea@mai.ru
**e-mail: zaneginsy@mai.ru

Аннотация

Активное развитие беспилотной авиации и интенсивные исследования в области аэротакси диктуют необходимость создания доступных и компактных стендов для динамических испытаний воздушных винтов.  Для работы с ними создается проект небольшой аэродинамической трубы открытого типа с мотором мощностью 15 кВт, центробежным вентилятором с окружной скоростью до 960 об/мин и широкоугольным диффузором. При проектировании и расчете аэродинамической трубы использовались MATLAB и CadFlo. В процессе оптимизации геометрии трубы с учетом ограничений по объемному расходу и габаритам варьировалась длина прямого канала между выходом вентилятора и входом в диффузор. При максимально допустимом увеличении длины прямого канала на 43%, наряду с установкой четырех сеток с пористостью 0,61 и решеткой с пористостью 0,95, CFD-анализ показал увеличение равномерности потока на 165%. Кроме того, согласно расчетам, увеличение длины прямого канала и использование спрямляющего аппарата обеспечили снижение средней интенсивности турбулентности потока в рабочей части на 61% и уменьшение угла отклонения потока на 16%, при увеличении средней скорости потока на 13%. В настоящее время труба находится на этапе изготовления.

Ключевые слова:

аэродинамическая труба открытого типа, диффузор с широким углом раствора, динамические испытания воздушных винтов, качество потока в рабочей части, спрямляющий аппарат

Список источников

  1. Степанович Ю.С. Анализ взаимодействия воздушных винтов с планером легкого транспортного самолета // Научный вестник МГТУ ГА. 2021. Т. 24. № 5. С. 76-88. DOI: 10.26467/2079-0619-2021-24-5-76-88
  2. Schubauer G.B., Spangenberg W.G. Effect of screens in wide-angle diffusers. Report NASA-TN-1610, 1948.
  3. Wei W., Zhitao Z., Changchuan X., et al. Measurement and control system design for propeller-wing system experiments // International Forum on Aeroelasticity and Structural Dynamics  (17-21 June 2024; Hague, Netherlands). 
  4. Czyż Z., Karpiński P., Skiba K., et al. Wind Tunnel Performance Tests of the Propellers with Different Pitch for the Electric Propulsion System // Sensors. 2022. Vol. 22. No. 1: 2. DOI: 10.3390/s22010002 
  5. Петроневич В.В., Лютов В.В., Манвелян В.С. и др. Исследования по калибровке шестикомпонентных вращающихся тензометрических весов для испытаний винтов летательных аппаратов // Вестник Московского авиационного института. 2021. Т. 28. № 4. С. 48-61. DOI: 10.34759/vst-2021-4-48-61
  6. Moonen P., Blocken B., Carmeliet J. Indicators for the evaluation of wind tunnel test section flow quality and application to a numerical closed-circuit wind tunnel // Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics. 2007. Vol. 95. No. 9-11, pp. 1289-1314. DOI: 10.1016/j.jweia.2007.02.027
  7. Bass R. Small Scale Wind Tunnel Testing of Model Propellers // 24th AIAA Aerospace Science Meeting (06-09 January 1986; Reno, NV, USA). DOI: 10.2514/6.1986-392
  8. González Hernández M.A., López A.I.M., Jarzabek A.A., et al. Design Methodology for a Quick and Low-Cost Wind Tunnel // In book: Ahmed N.A. (ed) Wind Tunnel Designs and Their Diverse Engineering Applications. ‎ IntechOpen; 2013, pp. 3-28. DOI: 10.5772/54169
  9. Dryden H.L. The Design of Low Turbulence Wind Tunnels. Report NACA-TR-940, 1949.
  10. Azzawi I.D.J. Design and characterizing of blower wind tunnel using experimental and numerical simulation // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 2023. Vol. 237. No. 15, pp. 3582-3596. DOI: 10.1177/09544100231195190
  11. Gelder T., Moore R., Samz J. Wind Tunnel Turning Vanes of Modern Design. NASA Technical Memorandum 87/46 AIAA_86-0044, 1986.
  12. Kline S.J., Moore C.A., Cochran D.L. Wide-angle diffusers of high performance and diffuser flow mechanisms // Journal of the Aeronautical Sciences. 1957. Vol. 24, pp. 469–471. 
  13. Collar A.R. The effect of a gauze on the velocity distribution in a uniform duct. ARC Reports and Memoranda, 1939. No. 1867. 
  14. McLellan C.H., Nichols M.R. An investigation of diffuser resistance combinations in duct systems. Aeronautical Research Committee Technical Report NACA-WR-L-329, 1942.
  15. Yang T., Hudson W.G., Nelson C.D. Design and experimental performance of short curved wall diffusers with axial symmetry utilizing slot suction. NASA Technical Reports Server NASA CR-2209, 1973.
  16. Haight C.H., O'Donnell R.M. Experimental mating of trapped vortex diffusers with large area ratio thrust augmentors. ARL TR 74-0115, Air Force Systems Command, 1974.
  17. Gibbings J.C. The pyramid gauze diffuser // Archive of Applied Mechanics. 1973. Vol. 42, pp. 225 –233. DOI: 10.1007/BF00533610
  18. Tennant J.S. A subsonic diffuser with moving walls for boundary layer control // AIAA Journal. 1973. Vol. 11. No. 2, pp. 240-241. DOI: 10.2514/3.6735
  19. Fontanella A., Facchinetti A., Di Carlo S., et al. Wind tunnel investigation of the aerodynamic response of two 15 MW floating wind turbines // Wind Energy Science. 2022. Vol. 7. No. 4, pp. 1711–1729. DOI: 10.5194/wes-7-1711-2022
  20. He R., Sun H., Gao X., et al. Wind tunnel tests for wind turbines: a state-of-the-art review // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2022. Vol. 166: 112675. DOI: 10.1016/j.rser.2022.112675
  21. Mehta R.D. The aerodynamic design of blower tunnels with wide-angle diffusers // Progress in Aerospace Sciences. 1979. Vol. 18, pp. 59-120. DOI: 10.1016/0376-0421(77)90003-3
  22. Технические характеристики вентилятора ВЦ 14-46-6,3. URL: https://ventilator.spb.ru/catalog/obshcheobmennye-ventilyatory/radialnye/radialnye_ventilyatory_vts_...
  23. Дубов Б.С., Радциг А.Н., Семенчиков Н.В. и др. Моделирование условий полета летательных аппаратов при испытаниях в аэродинамических трубах: Учеб. пособие. М.: Изд-во МАИ, 2004. 74 с.
  24. Barlow J.B., Rae W.H., Pope A. Low-Speed Wind Tunnel Testing. 3rd ed. Wiley-Interscience, 1999. 736 p.
  25. Farell C., Youssef S. Experiments on Turbulence Management Using Screens and Honeycombs // Journal of Fluids Engineering, Transactions of the ASME. 1996. Vol. 118. No. 1, pp. 26-32. DOI: 10.1115/1.2817505
  26. CADFlo. URL: https://cadflo.ru/product/cadflo

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2025