Проекты

Аэродинамическая труба для моделей

Работа призёра открытой городской научно-практической конференции «Инженеры будущего» в секции «Машиностроение, транспорт» среди работ учащихся 10−11 классов

Направление работы: Аэродинамика
Авторы работы: ГБОУ Школа № 1557
Предметы: Физика, Информатика, Технология
Классы: 11 класс
Мероприятия: Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» 2020 года

Актуальность

Существует номинация автомодельного спорта под названием «Кордовый моделизм». Модели должны за отведённое время показать максимальную скорость, двигаясь по круговой трассе. Эта скорость может достигать 300 км/ч. Чтобы улучшать этот показатель, необходимо совершенствовать аэродинамические характеристики модели.

Цель

Изготовить точное и недорогое по себестоимости устройство, позволяющее выявлять недочёты корпуса моделей для дальнейшей их корректировки.

Задачи

  1. Разработать способ фиксации машины.
  2. Подобрать вентилятор и датчики.
  3. Разработать способ счёта силы воздушного потока.
  4. Разработать компоновку деталей.
  5. Написать программу для обработки данных с датчиков.
  6. Проверить работоспособность изделия.

Описание

Изделие изготовлено по примеру других аэродинамических труб с внесением некоторых изменений в связи с уровнем технологической оснащённости и упрощениями конструкции. Изделие проектировалось в САПРе Fusion 360, был проведён сравнительный анализ вариантов изготовления и способов исследования физических явлений.

Далее был разработан механизм закрытия двери для снятия опорой пластины, выбран способ изготовления основания корпуса. Пластина, на которой установлена машина, перемещается «без трения» на подшипниках. За счёт силы, действующей на машину воздушным потоком, пластина отъезжает назад, упираясь в датчик силы, который передаёт значения на микроконтроллер. Так как вентилятор нагнетает в трубу вихревые потоки, перед рабочей частью устанавливается мелкоячеистая толстая сетка. В сетке общий поток разбивается на множество мелких (в каждой ячейке), и на выходе получается ламинарный поток за счёт объединения сонаправленных потоков, выходящих из сетки. Для визуализации воздушных потоков используется цветной дым, генерируемый дым-машиной, установленной под трубой. Из трубки он выходит в виде элементарной (сфокусированной) струи. Если после обхода участка корпуса модели дым начинает завихрения − на участке плохая обтекаемость. Исследователь выделяет данный участок маркером для дальнейших корректировок и после этого снова производит визуализацию. Далее был произведён расчёт коэффициента обтекаемости.

Результаты работы/выводы

Изготовлена экспериментальная установка, позволяющая моделировать воздушные потоки и рассчитывать коэффициент обтекаемости модели. С помощью изделия возможно исследовать аэродинамические характеристики моделей автомобилей; визуализировать воздушные потоки, воздействующие на модель на высоких скоростях с помощью цветного дыма или лент на модели.

Появилась возможность исследовать возможные методы изменения оболочковых форм автотранспортных средств. Разработка и эксплуатация гораздо бюджетнее, чем у других аэродинамических труб.

Перспективы использования результатов работы

Возможность использования устройства в качестве наглядного пособия на лабораторных работах в школе, при подготовке инженерных проектов. После доработок по повышению функционала и точности устройство может применяться для тестирования кордовых моделей автомобилей при их подготовке к международным чемпионатам.