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Einrichtung zur Erhöhung der Blasegeschwindigkeit von Windkanalanlagen.
Die zur Vorausberechnung der Flugeigenschaften nötigen Beiwerte können nur zum Teil auf rein theoretischem Wege gefunden werden. Meist werden sie aus Versuchen mit Modellen ganzer Flug- zeuge oder deren Einzelteilen in Blaseanlagen, die auch Windkanalanlagen genannt werden, ermittelt.
Die Brauchbarkeit der durch Modellversuch gewonnenen Ergebnisse, d. h. die Möglichkeit ihrer
Umrechnung auf den praktischen Fall und ihrer Verallgemeinerung hängt im wesentlichen davon ab, ob bei der Aufstellung der Versuchsbedingungen das Prinzip der mechanischen Ähnlichkeit (nach
Reynolds und Mach) berücksichtigt worden ist. Als praktische Folgerung dieser Forderung ergibt sich im wesentlichen, dass die Anblaseversuche mit möglichst grossen Modellen und mit möglichst hohen Blasegeschwindigkeiten durchgeführt werden.
Die grösste in einer Blaseanlage erreichbare Blasegeschwindigkeit ist von der verfügbaren Höchst- leistung der eingebauten Gebläsemotor und dem Querschnitt des Windstromes an der Messstelle abhängig. Letzterer ist wieder durch die Modellgrösse bestimmt, die umso grösser sein muss, je grösser die Abmessungen des Luftfahrzeuges sind, dessen Modell geprüft werden soll.
Mit zunehmender Flug-und Blasegeschwindigkeit treten infolge der Zusammendrückbarkeit der Luft örtlich derart grosse Dichteänderungen auf, dass das einfache Newton'sche Widerstandsgesetz seine Gültigkeit verliert. Die Gewähr der Übertragbarkeit der Messergebnisse auf die naturgrossen Ausführungen der Luftfahrzeuge hängt daher bei Blasegeschwindigkeiten, die grösser sind als etwa die halbe Schallgeschwindigkeit, wesentlich von der Erfüllung des Mach'schen Gesetzes ab, das angibt, dass das Verhältnis der Flug-oder Blasegesehwindigkeit zur Schallgeschwindigkeit konstant sein soll.
Da in Wirklichkeit praktisch immer grössere Fluggeschwindigkeiten erreicht werden, sind auch die Versuchsanstalten genötigt, alles daran zu setzen, möglichst hohe Blasegeschwindigkeiten zu verwirklichen. Sie sind dann in der Lage, die bei hohen Geschwindigkeiten auftretenden Erscheinungen planmässig zu beobachten und zu klären.
Am einfachsten wird eine Erhöhung der Blasegeschwindigkeit bei vorgegebener Gebläseleistung dadurch erreicht, dass man den Windstromquerschnitt an der Messstelle verringert. Dies geschieht dadurch, dass man die "Düse" der Blaseanlage auswechselbar macht. Die "Düse" ist jener Teil der Anlage, in dem die Umwandlung der Druck-in Bewegungsenergie erfolgt. Am Düseneintritt herrscht gegenüber dem Düsenaustritt der grösste Druck. Der Druckunterschied zwischen Düsenein-und austritt ist bei gegebener Gebläseleistung umso grösser, je kleiner der Düsenaustritts-gegenüber dem Düseneintrittsquerschnitt ist. Man kann also durch Austausch einer vorhandenen Düse gegen eine solche mit kleinerem Austrittsquerschnitt die Blasegeschwindigkeit der Anlage erhöhen.
Dieses Verfahren kann jedoch praktisch nicht beliebig weit getrieben werden, da der Wirkungsgrad einer Blaseanlage sehr rasch abnimmt, wenn nicht dafür gesorgt wird, dass die Luftführung hinter dem Düsenaustritt gleichfalls geordnet erfolgt. Aus Billigkeitsgründen begnügt man sich aber meistens, nur die Düse auswechselbar zu machen und nicht auch das an die Düse anschliessende Rohr, den sogenannten"Effusor".
Die auf dem vorliegenden Erfindungsgedanken aufgebaute Einrichtung, die in jede vorhandene Blaseanlage ohne weiteres eingebaut werden kann, ermöglicht es nun eine beliebige Steigerung der Blasegeschwindigkeit vorzunehmen, soweit die verfügbare Gebläseleistung dazu ausreicht, ohne dass dabei der Wirkungsgrad der Einrichtung zu sehr herabgesetzt wird.
Die Einrichtung besteht im wesentlichen aus einem Venturirohr, das koaxial in die bei jeder Blaseanlage vorhandene Düse eingesetzt wird, ohne dass diese selbst, die in der Folge als "Hauptdüse" bezeichnet werden möge, ausgetauscht werden muss. Das Venturirohr wird zweckmässigerweise derart
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in der Hauptdüse angeordnet, dass der gesamte in ihr vorhandene Druckunterschied ausgenutzt werden kann. Der Eintrittsquerschnitt des Venturirohres soll demnach an den Ort des Eintrittsquerschnittes der Hauptdüse zu liegen kommen, während sich der Austrittsquerschnitt in der Zone der höchsten Blasegeschwindigkeit befinden soll.
Die Grösse des Venturirohres ist dabei stets derart bemessen, dass nur ein Teil der gesamten bewegten Luftmenge durch das Venturirohr selbst strömt, während der Restteil durch den zwischen dem Venturirohr und der Hauptdüse verbleibenden Ringraum fliessen kann. Um diese Nebenströmung möglichst wirbel-und damit verlustarm zu gestalten, ist es zweckmässig, das Venturirohr mit einem Hüllmantel zu umgeben.
In der Fig. 1 ist beispielsweise eine Ausführung des Erfindungsgedankens für eine sogenannte Freistrahlanlage schematisch dargestellt. 1 ist die Hauptdüse und 2 der Auffangtrichter der Blaseanlage. 3 ist das konaxial in die Düse 1 eingesetzte Venturirohr und 4 ist dessen Hüllmantel. Der Blasewind strömt bei 5 in das Venturirohr und erreicht bei 6, im engsten Querschnitt, die grösste Gesehwindigkeit. Die Luft strömt dann bei 7 aus dem Venturirohr und gelangt gemeinsam mit der ausserhalb des Venturirohres 3 durch den Ringraum 8 strömenden Luft in den Auffangtrichter 2.
In der Fig. 1 ist, wie erwähnt, beispielsweise das Schema einer Freistrahlanlage mit offener Messstelle dargestellt. Die erfindungsgemässe Einrichtung kann aber auch bei einer Blaseanlage mit geschlossener Messstelle Verwendung finden. Ebenso ist es möglich, die Lage der Querschnitte 5 und 7 des Venturirohres oder jeden für sich axial zu verschieben, ohne dass sieh am Erfindungsgedanken dadurch eine Änderung ergeben würde.
In der Fig. 1 ist ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgedankens mit einem einfachen Venturirohr dargestellt. Diese Ausführungsform findet Verwendung, so lange man an der Messstelle 6 Blasegeschwindigkeiten erreichen will, die nicht grösser sind als die Schallgeschwindigkeit. Zur Erzielung von Überschallgeschwindigkeiten muss an die Stelle des einfachen Venturirohres die bekannte Kombination einer Lavaldüse mit einem Venturirohr gesetzt werden, wie dies beispielsweise die Fig. 2 darstellt. Diese bekannte Rohrkombination ist erforderlich, um die im erweiterten Rohrquerschnitt der Lavaldüse auftretenden Überschallgeschwindigkeit in dem anschliessenden Venturirohr, u. zw. in dessen sich verengenden Rohrteil, zunächst wieder auf Schallgeschwindigkeit abzubremsen.
In dem anschliessenden, sich erweiternden Rohrteil steigt dann der Druck weiter an. Diese Rohrteile sind in gleichfalls bekannter Art und Weise austauschbar eingeric1ltet, um durch Verändern der Querschnittsgrösse die Grösse der Überschallgeschwindigkeit regeln zu können.
In Fig. 2 ist 1 wieder die Hauptdüse einer in diesem Falle beispielsweise mit geschlossener Mess-
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Blaseluft. Der Rest fliesst durch den Ringraum 8 ab.
PATENT-ANSPRÜCHE :
1. Vorrichtung zur Erhöhung der Blasegeschwindigkeit in Windkanalanlagen, dadurch gekennzeichnet, dass in die Hauptdüse der Windkanalanlage konaxial ein Venturirohr eingesetzt wird, das nur einen Teil des Blasewindes erfasst und in dessen engsten Querschnitt die zu prüfenden Widerstandskörper gebracht werden.