Instrumente și Aparate pentru Determinarea Directă a Forțelor Aerodinamice

1º INTRODUCERE

Această categorie de instrumente specifice tunelelor aerodinamice este constituită de balanţele aerodinamice. Cu ajutorul acestora se pot determina cele şase componente ale torsorului format din forţa aerodinamică globală şi momentul corespunzător acesteia, raportate la originea unui sistem de referinţă triortogonal drept, în general cu axa orientată după direcţia curentul de aer.

2º CLASIFICAREA BALANŢELOR AERODINAMICE

Există o mare varietate balanţe aerodinamice, din punt de vedere constructiv, principalele criterii de clasificare a acestora fiind următoarele.

După numărul componentelor măsurate balanţele se pot numi cu o componentă (în cel mai simplu caz), cu două componente, …, sau cu şase componente în cel mai general caz.

După poziţia faţă de modelul testat pot fi interioare sau exterioare, iar după principiul de determinare al componentelor se pot clasifica în balanţe mecanice (vezi figura 1) şi balanţe tensometrice (vezi figura 2).

Fig. 1 - Schemă de principiu a unei balanţe mecanice în ,,T “

Acurateţea de determinare a sarcinilor aerodinamice în cazul utilizării balanţelor tensometrice este de aproximativ , mai mică decât a celor mecanice, de precizie .

Fig. 2 - Balanţă tensometrică cu două componente

- forţa de rezistenţă la înaintare; - forţa de portanţă.

De asemenea, sunt mai robuste, influenţează mai puţin prin prezenţa lor curgerea în jurul modelului testat, iar măsurarea componentelor aerodinamice se bazează pe transformarea deformaţiilor pe care le suferă un element elastic în semnale electrice cu ajutorul unor traductoare, cele mai utilizate fiind mărcile tensometrice. Cel mai simplu element elastic poate fi constituit dintr-o bară din oţel în consolă, cu ajutorul căruia se pot măsura trei componente (două forţe şi un moment). Pentru a mări sensibilitatea de măsurare se preferă barele cu pereţi subţiri, iar poziţionarea modelului se face astfel încât sarcina globală să fie una excentrică, ca în cazul prezentat în figura anterioară.

Constructiv, balanţa tensometrică prezentată în figura 2 se compune din: suport 1 de fixare (rigidă) al modelului studiat în suflerie, braţul balanţei 2 şi elementul elastic 3 (tub cu pereţi subţiri), fixat prin intermediul unui suport 4 de un cadru metalic 5, independent de structura de rezistenţa a tunelului.

Pentru mărirea numărului de componente măsurate se pot realiza structuri care să combine două sau trei astfel de elemente elastice. Procedura de etalonare a acestor balanţe e mai complicată, necesitând şi determinarea influenţelor reciproce dintre componente în cazul încărcărilor mari.

3º NORME SAE REFERITOARE LA BALANŢELE AERODINAMICE

Recomandările SAE J2084 JAN93 pentru determinarea forţelor aerodinamice ce acţionează asupra modelului testat, referitoare la condiţiile pe care trebuie să le îndeplinească o balanţă aerodinamică, respectiv sistemul de achiziţie, sunt urătoarele:

- balanţa şi sistemul de achiziţie date nu trebuie să perturbe curgerea aerului în apropierea modelului testat, iar dacă există influenţe, acestea trebuie să fie minime, determinate şi eliminate în procesul de calcul al forţelor aerodinamice;

- nu trebuie să existe influenţe ale curgerii aerului în camera de experienţe asupra sistemului de achiziţie date; efectele variaţiei temperaturii şi curenţilor din încăperea în care se află balanţa şi sistemul de achiziţie date asupra comportamentului acestora trebuie atent verificate; din acest punct de vedere sunt preferate încăperile cu atmosferă controlabilă;

- influenţa curgerii aerului pe sub model să poată fi controlată, precum şi variaţiile poziţiei pe verticală ale acestuia;

- influenţa frecărilor dintre componentele între care există mişcare relativă să fie minimă, ca şi eroarea de histerezis al curbelor de etalonare a balanţei; din acest punct de vedere, sistemul de măsurare a forţelor trebuie să poată înregistra variaţii ale coeficientului de rezistenţă la înaintare (pentru automobile).

4º APLICAŢIE PRACTICĂ - ETALONAREA UNEI BALANŢE AERODINAMICE

Scopul experimentului este de a realiza practic etalonarea unei balanţe aerodinamice tensometrică, multielement, ce echipează tunelul aerodinamic cu cameră de experienţe închisă. De asemenea este prezentat echipamentul de achiziţie date utilizat.