DE2820439C2

DE2820439C2 - Vorrichtung zum Verringern der Randeffekte in der Meßkammer eines Windkanals

Info

Publication number: DE2820439C2
Application number: DE2820439A
Authority: DE
Inventors: Maurice Paris Menard
Original assignee: CNAM Conservatoire National des Arts et Metiers
Current assignee: CNAM Conservatoire National des Arts et Metiers
Priority date: 1977-05-11
Filing date: 1978-05-10
Publication date: 1982-04-15
Also published as: FR2401411A1; IT1102838B; GB1594409A; FR2401411B1; DE2820439A1; IT7849282A0

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1.

Bei subsonischen Windkanälen kann die Meßkammer ohne Wände (freie Strömung), mit Vollwänden (geführte Strömung) oder mit durchlässigen Wänden (ventilierte Strömung) ausgeführt sein. Wenn die Abmessungen des zu untersuchenden Modells oder Prototyps, kurz Prüflings, im Vergleich mit den Querabmessungen der Meßkammer nicht klein sind, treten infolge von Randeffekten in der Strömung Störungen auf. Solche Randeffekte begrenzen bei einem Windkanal gegebener Größe die maximalen Abmessungen des Prüflings. Wenn umgekehrt der Prüfling vorgegebene Abmessungen hat, beispielsweise ein Kraftfahrzeug im Maßstab 1 :1 ist, muß der Windkanal eine Meßkammer mit erheblich größeren Querschnittsabmessungen aufweisen, damit bei Verwendung von Vollwänden die Randeffekte die Meßergebnisse nicht allzusehr verfälschen.

Aus der US-PS 35 52 202 ist eine Vorrichtung zum Verringern der Randeffekte in der Meßkammer eines Windkanals bekannt, deren Wände von Lamellen gebildet sind, die um quer zur Längsrichtung der Meßkammer und parallel zu der betreffenden Wand verlaufende Schwenkachsen in bezug auf ortsfeste Halterungen schwenkbar und in ihrem Abstand von diesen Halterungen einstellbar sind. Damit wird die Möglichkeit geschaffen, die Wände wahlweise luftundurchlässig oder luftdurchlässig zu gestalten, um damit Randeffekten zu begegnen.

Mit dieser bekannten Gestaltung einer Windkammer ist es nicht möglich, Meßergebnisse verfälschende Randeffekte auch dann zu vermeiden, wenn Messungen an einem Modell oder Versuchsobjekt durchgeführt werden, dessen Querabmessungen denjenigen der Meßkammer nahekommen. Wenn in dem bekannten Windkanal Messungen an größeren Objekten, beispielsweise Kraftfahrzeugen natürlicher Größe, durchgeführt werden sollen, lassen sich störende Randeffekte nur dadurch vermeiden, daß die Querabsmessungen der Meßkammer entsprechend groß gewählt werden, was aber wegen des sich daraus ergebenden, sehr großen Energiebedarfs für das Gebläse praktisch nicht oder jedenfalls nur in sehr engen Grenzen zu verwirklichen ist

Der Erfindung liegt deshalb die Aufgabe zugrunde,

eine Vorrichtung gemäß Oberbegriff des Patentan-Spruchs 1 derart zu gestalten, daß störende Randeffekte auch dann weitgehend vermieden werden, wenn die Querabmessungen des Meßobjektes denjenigen der Meßkammer nahekommen.

Diese Aufgabe ist mit den kennzeichnenden Merkmalen des Patentanspruchs 1 gelöst

Durch die Erfindung wird mit technischen Mitteln, die nicht aufwendiger zu sein brauchen, als die bei dem bekannten Windkanal vorgesehenen, die Möglichkeit geschaffen, die Strömung in der Meßkammer der Längs- und Querschnittskontur des Meßobjekts derart anzupassen, daß sie weitgehend den Strömungsverhältnissen entspricht, die sich ergeben, wenn sich das Meßobjekt selbst im freien Raum oder auf freier Fahrbahn bewegt. Von besonderer Bedeutung ist dabei die Möglichkeit, die Lamellen so einzustellen, daß sich in verschiedenen horizontalen Ebenen unterschiedliche Begrenzungen der Meßkammer ergeben.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung, die einen Teil oder die Gesamtheit einer Meßkammer bilden kann, läßt die Verwendung von Windkanälen kleinerer Abmessungen zu und ermöglicht folglich bedeutende Einsparungen bei der Herstellung dieser Windkanäle und in ihrem Betrieb aufgrund der Herabsetzung ihrer Antriebsleistung.

Ausführungsbeispiele der Erfindung werden im folgenden anhand schematischer Zeichnungen näher erläutert. Es zeigt

F i g. 1 eine Schrägansicht der Meßkammer eines Windkanals,

F i g. 2 eine vergrößerte Schrägansicht einer senkrechten Wand der Meßkammer,

F i g. 3 einen Querschnitt durch einen Windkanal natürlicher Größe und

F i g. 4a und 4b einen Längs- bzw. Querschnitt durch ein Windkanalmodell.

Die dargestellte Meßkammer 1 eines Windkanals 2 weist eine Gruppe von längsgerichteten, ebenflächigen und starren Lamellen 3 auf, die, bezogen auf die Luftanströmrichtung Vo oder auch auf die Längsrichtung X der Meßkammer 1, in Längsrichtung hintereinander und in Querrichtung neben- bzw. übereinander so angeordnet sind, daß sie senkrechte Wände 4, waagerechte Wände 5 oder nicht gezeichnete schräge Wände des ventilierten bzw. durchbrochenen oder halbdurchlässigen Typs bilden.

Die im dargestellten Beispiel rechteckigen Lamellen 3 sind an ihren Enden 3a und 3b durch wirkliche Gelenke 10 oder fiktive Gelenke so miteinander verbunden, daß sie gemäß F i g. 2 längsgerichtete Bänder bilden, zwischen denen längsgerichtete Zwischenräume 6 bestehen. Jedes der beiden Enden 3a und 3b wenigstens einzelner Lamellen 3 ist mit einem ortsfesten Punkt 7, beispielsweise an einem starren und festen Träger 8, über ein Einstellorgan-9 verbunden, das ein hydraulischer Arbeitszylinder oder eine mechanische Winde oder ein Wagenheber für Kraftfahrzeuge sein kann, und mit dem sich der Richtungsvektor ν zwischen dem ortsfesten Punkt 7 und dem Ende 3a der betreffenden Lamelle 3 verändern läßt.

Je nach Erfordernis können somit die Wände 4 und 5 entsprechend einer im voraus festgelegten geometrischen Form angeordnet werden, wobei der Genauigkeitsgrad dieser Anordnung einzig von der Anzahl der

verwendeten Lamellen 3 und Einstellorgane 9 abhängig ist

Die Einstellorgane 9 können mechanisch oder elektrisch so miteinander verbunden sein, daß sich die Wand 4 oder 5 entweder in Längs- oder in Querrichtung oder auch in diesen beiden Richtungen gleichzeitig verformen läßt. Auch können die Enden 3a und 3b mehrerer Lamellen 3 gemäß Fig.2 durch vertikale Bänder oder Stangen 11 miteinander verbunden sein.

Die in Fig.2 gezeigten Einstellorgane 9 weiser, je einen in einer waagerechten Ebene um den ortsfesten Punkt 7 am Träger 8 schwenkbaren ersten Schwenkarm 12 und einen mit ihm scherenförmig verbundenen zweiten Schwenkarm 13 auf, an welchen ein Arm angelenkt ist, der an einer Stelle 11a der zugehörigen senkrechten Stange 11 angreift.

Die Querschnittsform der Meßströmung kann quadratisch, rechteckig oder vieleckig sein. In letzterem Fall kann zwischen zwei aufeinanderfolgenden Polygonseiten ein längsgerichteter Zwischenraum 6 ausgebildet sein. Bei quadratischer oder rechteckiger Querschnittsform der Meßströmung können eine oder mehrere Wände mit längsgerichteten Zwischenräumen 6 versehen sein.

Der Betrieb des in Fi g. 3 dargestellen Windkanals 2 für Prüflinge natürlicher Größe, der mit der beschriebenen Vorrichtung ausgestattet ist, wird zweckmäßigerweise vorbereitet durch Messungen an dem in Fig.4a und 4b dargestellten, ebenfalls eine solche Vorrichtung aufweisenden Windkanalmodell 2a, das, bezogen auf den Windkanal 2, im Maßstab 1 : η ausgeführt ist, wobei anstelle des nicht gezeichneten, für die Prüfung im Windkanal 2 vorgesehenen Meßobjekts in natürlicher Größe ein Meßobjektmodell M verwendet wird, das, bezogen auf das Meßobjekt natürlicher Größe, ebenfalls im Maßstab 1 : π ausgeführt ist

Ein im Maßstab 1 :n ausgeführtes Modell eines beispielsweise zu prüfenden Kraftfahrzeuges wird gemäß Fig.3 in der Meßkammer 1 des Windkanals 2 natürlicher Größe angeordnet Das Feld der Luftgeschwindigkeiten wird in Längsrichtung in fünf Raumpunkten Pi, Pi, Pz, P* und Pi ermittelt Sodann wird das Modell des zu prüfenden Kraftfahrzeuges in der Meßkammer la des Windkanalmodells 2a angeordnet Das Geschwindigkeitsfeld wird in Längsrichtung in fünf Punkten Q\, Q₂, Qi, <?4 und Qs ermittelt, welche die gleichen Positionen wie die Punkte P\, P2, P3, A und P5 in F i g. 3 einnehmen.

Sodann werden die Wände der Meßkammer la des Windkanalmodells 2a so verformt, daß die Geschwindigkeitsverteilungen in Längsrichtung für das Windkanalmodell 2a und den Windkanal 2 natürlicher Größe gleich sind. Diese Verformung der Wände wird in erster Annäherung durch den Versuch bestimmt, die Funktion, die den Strömungsquerschnitt für das Strömungsmedium in Abhängigkeit von der in Längsrichtung (Fig. 1) aufgetragenen Abszisse χ darstellt, bis zur höchstmöglichen Ordnung stetig zu machen.

Für verschiedene Werte des Verhältnisses
Hauptspant-Querschnitt des Kraftfahrzeuges zu Querschnitt der Meßkammer 1

werden verschiedene Einstellungen ausprobiert. Sobald eine Gleichheit der Geschwindigkeitsverteilung erreicht ist, werden die Stellungen der Einstellorgane 9 für die Wände des Windkanalmodells 2a abgelesen, um sie unter Berücksichtigung des Ähnlichkeitsverhältnisses 1 : /7im Windkanal 2 natürlicher Größe zu benutzen. Ein Richt-Zahlenwert für das Ählichkeitsverhältnis 1 : π kann 1 :5 sein.

Hierzu 2 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1. Vorrichtung zum Verringern der Randeffekte in der Meßkammer eines Windkanals, von deren Wänden zumindest eine wenigstens teilweise von Lamellen gebildet ist, die um quer zur Längsrichtung der Meßkammer und parallel zu der betreffenden Wand verlaufende Schwenkachsen in bezug auf ortsfeste Halterungen schwenkbar und/oder in ihrem Abstand von diesen Halterungen einstellbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Lamellen (3) in Längsrichtung (X) der Meßkammer (1) angeordnet und durch ebenfalls längsgerichtete Zwischenräume (6) voneinander getrennt sind.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß wenigstens einzelne der einander in Querrichtung (Voder Z)benachbarten Lamellen (3) durch ein Gelenk mit in dieser Querrichtung sich erstreckender Gelenkachse (10) miteinander verbunden sind.