10.5. Аэродинамические спектры

Д ля выяснения физической сущности некоторых аэродинами­ческих процессов иногда важно получить качественную картину обтекания различных твердых тел жидкой или газообразной средой — получить аэродинамические спектры таких течений. Поток жидкости или газа можно сделать видимым, применяя различные методы визуализации течения, среди которых на­ибольшее распространение для определения спектров в потоке воздуха получили метод дымовых спектров, метод шелковинок и оптический метод полос.

Рис. 10.13. Дымовые спектры обтекания двух вза­имно вращающихся цилиндров

Д ля получения дымового спектра в поток воздуха с помощью насадков или отверстий, расположенных на поверхности иссле­дуемого тела, вводятся струйки дыма, образованные в специаль­ных дымогенераторах при сгорании органических веществ или химическими способами.

Рис. 10.14. Спектр обтекания поверхности закрылка, оклеенной шелковинками: а — безотрывное течение;

б — течение с отрывом

Дымовой метод, получивший наибольшее применение при ма­лых скоростях течения (до 40—50 м/с), позволяет исследовать явления отрыва пограничного слоя (рис. 10.13), потери устойчивости ламинарного течения, перехода ламинарного течения в тур­булентное и т. д.

Наиболее простой метод наблюдения обтекания — метод шел­ковинок (нитей). Шелковинки одним концом крепятся к поверхности испытуемой модели или на некотором расстоянии от нее (на тонких проволоках), другой свободный конец показывает характер течения в пограничном слое. При безотрывном режиме течения шелковинки остаются спокойными и изображаются на фотографии в виде черточек (рис. 10.14,а). При отрыве потока возникают интенсивные колебания шелковинок, а затем их на­правление становится обратным направлению основного потока (см. рис. 10.14,б).

При исследовании околозвуковых и сверхзвуковых потоков широкое применение получили оптические методы, сущность которых заключается в фиксации изменений плотности среды, вы­зываемых эффектом сжимаемости воздуха в потоках, движущих­ся с большой скоростью.

Рис. 10.15. Схема прибора, используемого в методе по­лос Теплера

Н аиболее распространенным оптическим методом является метод полос, предложенный Теплером. Существует большое ко­личество оптических приборов, выполненных по различным схе­мам, основанным на методе полос. Простейшая схема такого прибора изображена на рис. 10.15. Пучок света из источника А, пройдя через двояковыпуклую линзу L₁ и расположенное в фо­кусе линзы отверстие пластинки В, попадает на линзу L₂, после которой в виде параллельного пучка проходит через исследуе­мый поток С с помещенной в нем моделью, а затем попадает на линзу L₃, которая вновь собирает пучок и направляет его в фо­токамеру с пластинкой K.

При постоянной плотности исследуемого потока газа пучок света проектируется на пластину K равномерно без искажений. При изменении плотности в какой-либо области потока плоско­параллельный пучок света, проходящий между линзами, откло­нится от своего первоначального направления вследствие изме­нения коэффициента преломления среды, т. е. пройдет выше или ниже экрана Д.

Задержанные экраном световые лучи либо не попадут на пластинку К, либо, пройдя мимо экрана, дополнительно осветят часть пластинки.

В зависимости от того, пропускаются ли отклоненные лучи или задерживаются экраном D, на пластинке К появляются светлые или темные полосы. Обычно экран D устанавливают та­ким образом по отношению к световому потоку, что зоны уплот­ненного воздуха (повышенного давления) изображаются темны­ми полосами, а зоны разрежения — светлыми.