Исследование аэродинамических характеристик галопирующих тел

• Автор: Люсин, Виталий Дмитриевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2014
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 89 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ
1 КЛАССИЧЕСКАЯ МОДЕЛЬ АЭРОУПРУГОГО ГАЛОПИРОВАНИЯ ПЛОХООБТЕКАЕМОГО ТЕЛА И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ПОЛУЧЕНИЕ ДАННЫХ, НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ РАСЧЕТОВ С ЕЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
1.1 Классическая модель аэроупругого галопирования прямоугольной призмы
1.2 Измерение коэффициента нормальной составляющей аэродинамической силы для прямоугольных призм различного удлинения при помощи эксперимента в аэродинамической трубе
1.3 Выводы
2 РАЗРАБОТКА И ПРИМЕНЕНИЕ НОВОЙ МОДЕЛИ АЭРОУПРУГОГО ГАЛОПИРОВАНИЯ
2.1 Модель аэроупругого галопирования, учитывающая специфику
тел малого удлинения
2.2 Расчет зависимостей амплитуд колебаний от скорости набегающего потока для прямоугольных призм различного удлинения
с использованием новой модели галопирования
2.3 Экспериментальная проверка модели аэроупругого галопирования
2.4 Выводы
3 ЦИЛИНДРЫ С ПЛАВНЫМИ ОБВОДАМИ
3.1 Измерения коэффициента нормальной составляющей аэродинамической силы для цилиндра с плавными обводами
3.2 Модель аэроупругого галопирования тела, имеющего два режима обтекания в состоянии покоя
3.3 Влияния числа Рейнольдса на аэродинамические характеристики цилиндров с плавными обводами
3.4 Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
Характерным отличием шгохообтекаемых тел [4,5] от удобообтекаемых является срыв пограничного слоя при обтекании этих тел потоком газа или жидкости с образованием обширных отрывных зон. Отрыв пограничного слоя может происходить как на острых кромках (участках с малым радиусом кривизны), так и на гладких участках с большим радиусом кривизны. Во втором случае точка отрыва зависит от числа Рейнольдса 11е, шероховатости поверхности и начальной степени турбулентности потока [23].
Актуальность исследования аэродинамики плохообтекаемых тел обоснована, в первую очередь, широкой распространенностью объектов подобных форм в реальных условиях. Примером таких объектов, регулярно подвергающихся ветровой нагрузке или нагрузке водных течений, могут служить различные трубопроводы, мосты, обелиски и дымовые трубы, кабели и тросы. В большинстве случаев эффекты от воздействия потока газа или жидкости на плохообтекаемое тело являются нежелательными и могут приводить, в частности, к разрушениям строительных конструкций и мостов. Наиболее известной катастрофой является обрушение моста Такома Нерроуз [25]. Этот случай стал одним из толчков к исследованию причин колебаний плохообтекаемых тел в потоке. Таким образом, учет влияния ветровой нагрузки на плохообтекаемые тела необходим еще на стадии проектирования различных сооружений.
К колебаниям упругих систем могут приводить разные эффекты [36].Од-

Уравнение движения призмы (2.1) можно переписать в безразмерном виде, выбирая в качестве единицы времени у/т/к, а в качестве единицы длины 2Гу/т/^рову/к) :
У + У = ц (сУ - у) , /л = г/у/тк, (2.3)
где У и V — безразмерное поперечное смещение призмы и безразмерная скорость потока.
Процедура Крылова—Боголюбова [3] в первом приближении приводит к системе дифференциальных уравнений для медленно меняющихся амплитуды А и фазы у? колебаний:
А =-ц А = - ц{

ЗЛз-н3 +
4 Ау
А яии Л
1 1у ( 5 ] -)- Лз—
7Г Я / Г"
ЗЛ шг / 3 Зщ2гЛ
4я 7г и+ 2Л

бщ2^2 и/1!/

8я я 8 12Л

фЛ — о,

25о1 - Вй2 (А А то .
- - I/----------------5 + Вгг/ Л + —5 ) +
2 я V 2 я я
< и),
(2.4)

_ , /щг/
-Д2"> К = аГС81П )
В настоящей работе рассматриваются призмы с квадратным сечением, но математическую модель можно применять и к описанию колебаний плохообтекаемых тел иной формы, в том числе несимметричных. Если тело не симметричное, в разложении для коэффициента нормальной силы по степеням тангенса угла атаки присутствуют четные члены, однако после примене-