PL233132B1 - Przyrząd do badania sił aerodynamicznych - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Przedmiotem wynalazku jest przyrząd do badania sił aerodynamicznych, przeznaczony do zastosowań w laboratoriach fizycznych i do celów edukacyjnych.

Znany przyrząd do badania sił aerodynamicznych opisany jest w książce Szczepana Szczeniowskiego zatytułowanej „Fizyka doświadczalna, Część I, Mechanika i akustyka”, wydanej przez Państwowe Wydawnictwo Naukowe w Warszawie w 1972 r. Przyrząd ten, nazywany tunelem aerodynamicznym, składa się z obustronnie otwartego kanału, do którego wtłaczany jest strumień powietrza wytwarzany przez dmuchawę. Wewnątrz tego kanału umieszczane są kształtki o różnym profilu, np. tarczy lub fragmentu płata skrzydła samolotu. Siły aerodynamiczne, wywierane na te kształtki mierzone są za pomocą siłomierzy. Z tej samej książki znany jest też inny przyrząd przeznaczony do badania sił aerodynamicznych, nazywany wagą aerodynamiczną, która składa się ze sztywnego, poziomego pręta, zamocowanego na przegubie w pewnej odległości od jego końca. Na jednym końcu tego pręta mocowane są kształtki o różnych profilach, natomiast do drugiego końca pręta przymocowane są dwa siłomierze, przeznaczone do pomiaru sił aerodynamicznych, z których jeden jest ustawiony poziomo, a drugi pionowo. Ponadto na pręcie między przegubem a końcem, do którego przymocowane są siłomierze znajduje się ciężarek, służący do zrównoważania pręta. Na kształtki kierowany jest strumień powietrza, niezbędny do działania sił aerodynamicznych, wytwarzany przez dmuchawę.

Znany przyrząd do badania sił aerodynamicznych opisany jest też w książce Michała Halaunbrennera zatytułowanej „Ćwiczenia praktyczne z fizyki, kurs średni”, wydanej przez Wydawnictwa Szkolne i Pedagogiczne w Warszawie w 1982 r. Przyrząd ten, nazywany karuzelą aerodynamiczną, składa się ze sztywnego, poziomego pręta zamocowanego na przegubie w pewnej odległości od jego końca. Na jednym końcu tego pręta mocowane są kształtki o różnych profilach, natomiast po drugiej stronie przegubu umieszczony jest na pręcie ciężarek, którego położenie ustala się za pomocą wkrętu. Przegub osadzony został na pionowej osi zaopatrzonej w walec z nawiniętą nicią, przechodzącą przez nieruchomy bloczek i przywiązaną do szalki, przeznaczonej do nakładania obciążników. Opadająca szalka z obciążnikami wprawia w obrót przegub z prętem, powodując przez to ruch kształtek względem powietrza, niezbędny do działania sił aerodynamicznych. Siła aerodynamiczna, działająca w kierunku pionowym uwidaczniana jest odchyleniem pręta od poziomu, które kompensuje się zmianą położenia ciężarka. Siła aerodynamiczna skierowana poziomo powoduje hamowanie ruchu obrotowego pręta.

Istota rozwiązania według wynalazku polega na tym, że przyrząd do badania sił aerodynamicznych zawiera korbę z częścią osiową, przechodzącą przez tulejkę, której końce stykają się ze sprężystymi pierścieniami, korzystnie typu Segera, wciśniętymi w rowki osadcze, znajdujące się na osiowej części korby. Górny koniec osiowej części korby zaopatrzony jest we współosiową walcową nasadkę z otworem, przez który przechodzi sprężysta rurka, prostopadła do osiowej części korby i zamocowana śrubą wkręconą w walcową nasadkę, przy czym odcinki sprężystej rurki po obu stronach walcowej nasadki mają różne długości. Na końcu dłuższego odcinka sprężystej rurki umieszczane są wymienne, lekkie kształtki o profilu korzystnie tarczy kołowej, kropli lub fragmentu płata skrzydła samolotu wykonane jako zamknięte powłoki i zaopatrzone w przelotowy otwór oraz tulejkę z prostopadłą do niej śrubą. Na krótszym odcinku sprężystej rurki umieszczony jest obciążnik, zaopatrzony w przelotowy otwór i prostopadłą do niego śrubę. Odsadzona część korby przechodzi również przez tulejkę, której końce stykają się ze sprężystymi pierścieniami, korzystnie typu Segera, wciśniętymi w rowki osadcze znajdujące się na odsadzonej części korby.

Zaletami przyrządu do badania sił aerodynamicznych są prosta konstrukcja, niezawodne działanie oraz łatwa obsługa i obserwacja skutku powodowanego przez siły aerodynamiczne.

Przyrząd do badania sił aerodynamicznych według wynalazku pokazany jest w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 i fig. 2 są widokami z częściowymi przekrojami osiowymi odpowiednio z boku oraz z przodu, fig. 3 stanowi widok z góry, natomiast fig. 4, a, b pokazuje jedną z wymiennych kształtek w widoku odpowiednio z tyłu oraz z góry.

Przyrząd do badania sił aerodynamicznych zawiera korbę z częścią osiową 1, przechodzącą przez tulejkę 2, której końce stykają się ze sprężystymi pierścieniami 3, 4, typu Segera, wciśniętymi w rowki osadcze, znajdujące się na osiowej części korby 1. Górny koniec osiowej części korby 1, zaopatrzony jest we współosiową, walcową nasadkę 5 z otworem, przez który przechodzi sprężysta rurka 6, prostopadła do osiowej części korby 1 i zamocowana śrubą 7, wkręconą w walcową nasadkę 5, przy czym odcinki sprężystej rurki 6 po obu stronach walcowej nasadki 5 mają różne długości. Na końcu dłuższego odcinka sprężystej rurki 6 umieszczane są wymienne, lekkie kształtki 8 o profilu, np. tarczy

PL 233 132 B1 kołowej, kropli lub fragmentu płata skrzydła samolotu, wykonane jako zamknięte powłoki i zaopatrzone w przelotowy otwór oraz tulejkę 9 z prostopadłą do niej śrubą 10. Na krótszym odcinku sprężystej rurki 6 umieszczony jest obciążnik 11, zaopatrzony w przelotowy otwór i prostopadłą do niego śrubę 12. Odsądzoną część korby 13 przechodzi również przez tulejkę 14, której końce stykają się ze sprężystymi pierścieniami 15, 16, korzystnie typu Segera, wciśniętymi w rowki osadcze, znajdujące się na odsadzonej części korby 13.

Zasada działania przyrządu do badania sił aerodynamicznych polega na tym, że koniec dłuższego odcinka sprężystej rurki 6 wsuwa się w przelotowy otwór wybranej kształtki 8 i mocuje tę kształtkę do sprężystej rurki 6 w zadanym położeniu przez dokręcenie śruby 10. Sprężysta rurka 6 jest w tej sytuacji wyprostowana. Następnie jedną dłonią przytrzymuje się nieruchomo tulejkę 2, a drugą dłonią chwyta za tulejkę 14 i pokręca odsadzoną częścią korby 13, wprawiając kształtkę 8 w ruch względem powietrza, odbywający się po okręgu z prędkością liniową v. Wtedy na kształtkę 8 działają: siła oporu powierza, siła nośna i siła odśrodkowa. Siła oporu powietrza zwrócona jest przeciwnie do kierunku obrotu, siła nośna zwrócona jest pionowo w górę, a siła odśrodkowa ma zwrot na zewnątrz promienia okręgu, po którym porusza się kształtka 8. Ponadto na kształtkę 8 działa niewielka siła jej ciężaru, zwrócona pionowo w dół. Wypadkowa tych sił ma kierunek ukośny w stosunku do promienia okręgu, po którym porusza się kształtka 8 i powoduje ugięcie sprężystej rurki 6. Wielkość tego ugięcia i jego kierunek są zależne od wartości, siły wypadkowej oraz od wzajemnego stosunku wartości wymienionych sił składowych, które z kolei zależą od rodzaju wybranej kształtki 8 i kąta jej ustawienia do kierunku ruchu. Kąt ten można zmieniać przez zamocowanie kształtki 8 w innej pozycji względem sprężystej rurki 6 przy pomocy śruby 10. Dla przykładu, po zamocowaniu kształtki 8 w postaci tarczy o dużej powierzchni ustawionej prostopadle do kierunku obrotu, dominującą rolę odgrywa siła oporu powietrza, co powoduje wygięcie sprężystej rurki 6 przeciwnie do kierunku obrotu. Z kolei po zamocowaniu kształtki 8 w postaci fragmentu płata skrzydła samolotu, ustawionego pod małym kątem α do kierunku prędkości v (pod małym kątem natarcia) dominującą rolę będzie odgrywała siła nośna i sprężysta rurka 6 ulegnie wygięciu ku górze. Śruba 7 pozwala na zmianę położenia, w którym zamocowana jest sprężysta rurka 6 w nasadce 5 i przez to na zmianę promienia okręgu, po którym porusza się kształtka oraz jej prędkości. Ciężarek 11, mocowany śrubą 12 jest przeznaczony do równoważenia siły odśrodkowej, działającej na osiową część korby 1. Tulejki 114 ułatwiają ręczny obrót korby, natomiast pierścienie Segera 3, 4 oraz 15, 16 zabezpieczają tulejki odpowiednio 2 i 14 przed zsunięciem się z korby podczas obrotów.

Claims (3)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Przyrząd do badania sił aerodynamicznych, mający obciążnik, zaopatrzony w przelotowy otwór i prostopadłą do niego śrubę, znamienny tym, że zawiera korbę z częścią osiową (1), przechodzącą przez tulejkę (2), której końce stykają się ze sprężystymi pierścieniami (3), (4), wciśniętymi w rowki osadcze znajdujące się na osiowej części korby (1), natomiast górny koniec osiowej części korby (1), zaopatrzony jest we współosiową, walcową nasadkę (5) z otworem, przez który przechodzi sprężysta rurka (6), prostopadła do osiowej części korby (1) i zamocowana śrubą (7) wkręconą w walcową nasadkę (5), przy czym odcinki sprężystej rurki (6) po obu stronach walcowej nasadki (5) mają różne długości, a ponadto na końcu dłuższego odcinka sprężystej rurki (6) umieszczane są wymienne, lekkie kształtki (8) o profilu korzystnie tarczy kołowej, kropli lub fragmentu płata skrzydła samolotu i zaopatrzone w przelotowy otwór oraz tulejkę (9) z prostopadłą do niej śrubą (10), a oprócz tego odsadzona część korby (13) przechodzi również przez tulejkę (14), której końce stykają się ze sprężystymi pierścieniami (15), (16), wciśniętymi w rowki osadcze znajdujące się na odsadzonej części korby (13).
2. 2. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że pierścienie (3), (4) oraz (15), (16) są korzystnie typu Segera.
3. 3. Przyrząd według zastrz. 1, znamienny tym, że wymienne, lekkie kształtki (8) wykonane są korzystnie jako zamknięte powłoki.