/Л

Рис. 197. Гидравлический привод: N - насос; Т - турбина

Рис. 198. Гидравлический привод: N - насос; Г - турбина; L - неподвижное направляющее колесо

Скорость Сиз, необходимая для подсчета по этой формуле, определяется непосредственно из треугольника скоростей, а для коэффициента полезного действия берется ориентировочное значение.

С турбинами и насосами известное сходство имеют гидравлические приводы, впервые введенные в практику Фёттингером. Они состоят из насоса и турбины, помещенных в одном и том же корпусе, и служат для переключения мощности с одного вала на другой. Переключение производится при помощи наполнения или, наоборот, освобождения корпуса от жидкости; в качестве рабочей жидкости применяется обычно жидкое масло. На рис. 197 и 198 изображены два типа гидравлических приводов.

В первом из них (рис. 197) вращающий момент передается с одного вала на другой непосредственно, во втором же (рис. 198) между быстро работающим насосом и медленно вращающейся турбиной помещена система неподвижных лопаток, воспринимающая разность обоих моментов. Коэффициент полезного действия гидравлических приводов весьма высокий, так как в них отсутствует обычная потеря энергии при выходе потока из направляющего канала.

§ 22. Постановка экспериментальных исследований по гидродинамике и аэродинамике, а) Создание безупречных условий

ipottingerH., Jahrb. d. Schiffbautechn. Ger., т. 11 (1910), стр. 157.

опыта. Экспериментальное исследование движения какого-нибудь тела относительно покоящейся жидкости возможно двумя способами: можно заставить тело двигаться в покоящейся жидкости или, наоборот, можно заставить набегать на неподвижное тело равномерный поток жидкости. Первый способ особенно пригоден для исследования движения тел в воде и используется при испытании моделей судов в специальных гидродинамических каналах.

Модель судна, изготовляемая обычно из парафина, прикрепляется к тележке, установленной на рельсах над каналом. Затем тележка приводится в движение вдоль канала с той или иной скоростью. Движущаяся тележка буксирует за собой модель, причем возникает определенное сопротивление, измеряемое при помощи специального прибора. Гидродинамический канал должен быть достаточно широким и глубоким, так как в противном случае на результаты измерений будут сильно влиять возмущения, обусловленные близостью стенок. При более точной постановке опытов делаются самоходные модели судов, приводимые в движение винтами.

При исследовании моделей судов особое значение имеет сохранение подобия волн, вызываемых движением модели и судна в натуре. Для этой цели скорости движения модели и судна в натуре должны относиться друг к другу как корни квадратные из длин модели и судна в натуре (так называемый закон подобия Фруда; согласно § 13 гл. III длины волн пропорциональны длинам модели и судна в натуре). Одновременное соблюдение подобия в отношении трения невозможно, так как для этого необходимо, чтобы для обоих движений были одинаковы числа Рейнольдса, что несовместимо с соблюдением закона подобия в отношении волн. Поэтому от соблюдения подобия в отношении трения при испытании моделей судов приходится отказываться. Для того чтобы обусловленные этим ошибки были малы, применяются возможно большие по размерам модели.

Для применения в воздухе метод буксировки непригоден по следующей причине: исследуемая модель всегда значительно тяжелее вытесняемой ею массы воздуха, вследствие чего массовые силы, возникающие при случайных небольших возмущениях модели, настолько превышают силы, подлежащие измерению, что результаты измерения получаются очень неточными. Кроме того, случайные отклонения весов, измеряющих аэродинамические силы и движущихся в той же среде, что и модель, искажают результаты измерений значительно сильнее, чем при гидродинамических исследованиях, когда весы движутся в воздухе, а модель - в воде. Поэтому для аэродинамических исследований всегда применяется второй из указанных выше способов: исследуемое

тело оставляется неподвижным и обдувается струей воздуха, создаваемой мощным вентилятором. Эта струя должна быть очень однородной в пространстве и равномерной во времени и должна иметь настолько большое поперечное сечение, чтобы исследуемое тело не только умещалось целиком внутри нее, но и оставалось при этом на достаточном расстоянии от ее границ. При несоблюдении последнего условия возмущения, исходящие от тела, доходят до границ струи недостаточно ослабленными, и результаты измерения получаются иными, чем в неограниченном воздушном пространстве.

Поток воздуха, набегающий на исследуемое тело, может быть осуществлен либо в виде струи, движущейся в закрытой трубе, либо в виде свободной струи, пронизывающей пространство, в котором воздух неподвижен. В первом случае, если стенки трубы параллельны, трение потока о стенки приводит к падению давления в направлении течения. Действие этого падения давления на тело со сравнительно большим объемом V (например, на модель дирижабля) сходно с действием поддерживающей силы в воде, возникающей вследствие уменьшения давления кверху, следовательно, оно приводит к появлению горизон-

тальной силы, равной и увеличивающей сопротивление. Можно

избежать этого явления, если сделать трубу не с параллельными стенками, а немного расширяющимися; тогда давление вдоль оси трубы будет оставаться постоянным (строго говоря, только для одной определенной скорости). В случае свободной струи давление на границах струи постоянное, поэтому только что указанная трудность отпадает, но зато возможная для использования часть свободной струи меньше, чем в закрытой трубе. Это объясняется тем, что свободная струя на своих границах постепенно смешивается с окружающим неподвижным воздухом; правда, пограничный слой, образующийся на стенках закрытой трубы, также постепенно проникает внутрь трубы, но это происходит значительно медленнее, чем смешение струи с неподвижным воздухом. Так как открытая струя легко доступна для установки в ней исследуемых тел, то работа в ней, конечно, удобнее, чем в закрытой трубе. Установки, создающие закрытую или свободную струю воздуха для аэродинамических экспериментов, носят название аэродинамических труб.

Для того чтобы получить свободную струю воздуха, возможно более однородную и свободную от завихрений, проще всего производить разгон воздуха от очень малой скорости до скорости, необходимой для эксперимента, на коротком участке. Это легко достигается при помощи