LABORATORIUM Z PODSTAW TEORII OKR
TU
Sprawozdanie z ćwiczenia nr 18 (5)
Pomiar sił hydrodynamicznych na płacie nośnym
Data realizacji ćwiczenia:
Data oddania sprawozdania:
Grupa:
Lista studentów uczestniczących w ćwiczeniu:
str. 1
1. Cel ćwiczenia
Celem ćwiczenia jest zapoznanie się ze zjawiskiem powstawania siły nośnej i siły oporu na płacie
nośnym. Doświadczenie przeprowadzone jest w małym kanale obiegowym, znajdującym się w hali zajęć
dydaktycznych Laboratorium Hydrodynamiki Okrętu Instytutu Okrętowego Politechniki Gdańskiej.
2. Podstawowe informacje
Podczas ćwiczenia laboratoryjnego badano siłę nośną powstającą na symetrycznym płacie. Badań
dokonano w powietrzu laboratoryjnym, w temperaturze pokojowej w znajdujÄ…cym siÄ™ na Politechnice
Gdańskiej basenie modelowym. Pomiaru oporu i siły nośnej dokonano przy pomocy komputera z
odpowiednim oprogramowaniem.
2.1 Jakie są charakterystyki geometryczne płata nośnego?
Geometrię płata nośnego charakteryzują: profil płata, obrys płata i rodzaj powierzchni podstawowej
płata.
·ð Profil pÅ‚ata okreÅ›la krzywizna profilu, którÄ… definiuje siÄ™ jako miejsce geometryczne Å›rodków
odległości pomiędzy górną i dolną krawędzią profilu oraz rozkład grubości profilu;
·ð Powierzchnia  miejsce geometrycznych charakterystycznych linii profilu (podstawowych);
·ð Obrys  definiuje siÄ™ jako obrys na powierzchni podstawowej;
·ð Wymiary pÅ‚ata:
o C  szerokość płata;
o t  max grubość profilu;
o fM  strzałka krzywizny profilu;
o b  rozpiętość płata;
o b/c wydłużenie płata;
2.2 Jaka jest przyczyna powstawania siły nośnej?
Przyczyną powstawania siły nośnej jest różna prędkość przepływu płynu nad płatem nośnym i pod nim.
W wyniku szybszego przepływu płynu na górnej stronie płata powstaje strefa podciśnienia, oraz strefa
nadciśnienia na dolnej stronie. Z tego względu gówna strona płata nazywa się stroną ssącą, a dolna stroną
cisnÄ…cÄ….
2.3 Co to jest krytyczny kÄ…t natarcia?
Jest to kąt nachylenia profilu do kierunku przepływu swobodnego. Przekraczając ten kąt natarcia
współczynnik siły nośnej maleje. W okolicach krytycznego kąta natarcia rośnie obszar dodatniego
gradientu ciśnienia w kierunku krawędzi natarcia, czemu towarzyszy spadek siły nośnej. Jednocześnie
powiększa się obszar zawirowań powodując wzrost oporu.
2.4 Co to jest współczynnik siły nośnej i od czego zależy?
Zależy od kąta natarcia. Przy krytycznym kącie natarcia współczynnik siły nośnej maleje. Wraz ze
wzrostem liczby Reynoldsa rośnie niezależnie współczynnik siły nośnej CL.
str. 2
3. Opis stanowiska badawczego
3.1 Kanał kawitacyjny
Pomiar sił hydrodynamicznych na płacie nośnym został przeprowadzony w małym obiegowym kanale
wodnym. Przepływ wody wytwarzany jest za pomocą dwu kół łopatkowych napędzanych przez silnik o
regulowanej prędkości obrotowej. Badane ciało było umieszczane w przestrzeni pomiarowej,
umocowując do dynamometru trzech składowych, pozwalającemu na jednoczesny pomiar oporu, siły
nośnej i momentu hydrodynamicznego. Pomiar prędkości przepływu dokonuje się za pomoca
pojedynczej sondy Pitota, pozwalającej bezpośrednio odczytać wysokość ciśnienia prędkości jako różnice
pomiędzy poziomem wody w kanale i poziomem wody w sondzie. Wyniki pomiarów rejestrowane i
przetwarzane sÄ… za pomocÄ… komputera.
3.2 PÅ‚at
Płat użyty w ćwiczeniu był symetryczny. Płat zanurzony był w wodzie, przy czym prędkość przepływu
była stała i ustalona (według wskaz
ników komputera V = 0,513 m/s). Wykonano 5 pomiarów. Podczas
pierwszego pomiaru płat ustawiony był równolegle do przepływu, po czym przy każdym kolejnym
pomiarze odchylano go o 10o (do 40o). Wyniki odczytano z ekranu.
str. 3
Na każdym obiekcie umieszczonym w przepływie powstaje wypadkowa siła hydrodynamiczna. Siłę tę
można rozłożyć na składową prostopadłą do kierunku prędkości, zwaną siłą nośną oraz składową
równoległą do kierunku prędkości, zwaną siłą oporu. Płaty nośne są obiektami kształtowanymi w taki
sposób, aby uzyskać maksymalną wartość siły nośnej przy minimalnej wartości siły oporu. O
własnościach płata w dużym stopniu decyduje kształt jego przekroju prostopadłego do rozpiętości czyli
kształt profilu aerodynamicznego.
P  wypadkowa siła aerodynamiczna
PZ  siła nośna
PX  siła oporu
M  moment siły aerodynamicznej
V  prędkość przepływu
Ä…  kÄ…t natarcia
str. 4
4. Wyniki pomiarów
4.1 Prędkość przepływu.
Lp. KÄ…t [o] V [ m/s ]
1 0 0,588
2 10 0,595
3 20 0,599
4 30 0,600
5 40 0,603
4.2 Opór.
Fxo = - 0,133
Lp. KÄ…t [o] Fx [N] F = Fx  Fxo [N]
1 0 - 0,103 0,03
2 10 0,630 0,763
3 20 2,502 2,635
4 30 4,334 4,467
5 40 6,306 6,439
Wykres oporu w stosunku do kata natarcia
7
6,439
6
5 4,467
4
2,635
3
Seria 1
2
0,763
1
0,03
0
0 10 20 30 40
KÄ…t natarcia
str. 5
Opór
4.2 Nośność.
Fyo = 0,59
Lp. KÄ…t [o] Fy [N] F = Fy  Fyo [N]
1 0 -0,442 0,148
2 10 5,281 5,871
3 20 7,301 7,891
4 30 6,739 7,329
5 40 6,326 6,916
Wykres nośności w stosunku do kata natarcia
9
7,891
8 7,329
6,916
7
5,871
6
5
4
Seria 1
3
2
1
0,148
0
0 10 20 30 40
KÄ…t natarcia
4.3 Współczynnik siły oporu i siły nośnej.
D
Współczynnik siÅ‚y oporu wyraża siÄ™ wzorem: CD =ð [ - ]
qA
L
Współczynnik siÅ‚y noÅ›nej wyraża siÄ™ wzorem: CL =ð [ - ]
qA
gdzie:
2
q =ð 1/2 rðV
A =ð bc
str. 6
Nośność
Lp. KÄ…t [o] CD CL
1 0 0,0020 0,0096
2 10 0,0497 0,3822
3 20 0,1716 0,5138
4 30 0,3019 0,4772
5 40 0,3816 0,4476
str. 7
4.4 Współczynnik doskonałości profilu.
Współczynnik doskonałości profilu wyraża się wzorem: [(Fx - Fxo)/(Fy - Fyo)]*10 [ - ]
Lp. KÄ…t [o] [(Fx - Fxo)/(Fy - Fyo)]*10
1 0 2,027
2 10 1,300
3 20 3,339
4 30 6,095
5 40 9,310
str. 8
5. Wnioski wynikające z przeprowadzonych badań
·ð znak siÅ‚y noÅ›nej pokazywany przez komputer zależy od odchylenia pÅ‚atu (w kierunku wskazówek
zegara, bÄ…dz
przeciwnie); w obliczeniach trzeba wziąć pod uwagę wyniki wyświetlane przy wodzie
nieruchomej;
·ð w chwili oderwania strug opór gwaÅ‚townie roÅ›nie;
·ð analogicznie współczynnik siÅ‚y oporu w chwili oderwania współczynnik gwaÅ‚townie roÅ›nie;
·ð w chwili oderwania strug siÅ‚a noÅ›na roÅ›nie poczym maleje;
·ð analogicznie współczynnik siÅ‚y noÅ›noÅ›ci w chwili oderwania współczynnik roÅ›nie poczym maleje;
·ð wraz z odchylaniem siÄ™ pÅ‚ata opór statku roÅ›nie wykÅ‚adniczo;
·ð wykres współczynnika doskonaÅ‚oÅ›ci profilu wskazuje, że najmniejszy współczynnik uzyskano dla
10o. oznacza to iż stosunek oporu do siły nośnej jest najbardziej optymalny dla 10o. opływ dla 10o
jest najmniej zaburzony;
·ð siÅ‚a noÅ›na jest najwiÄ™ksza dla 20o;
·ð najbardziej optymalne ustawienie pióra to odchylenie go o 10o, w celu zaÅ› uzyskania najwiÄ™kszej
siły nośnej (bez liczenia się z oporem) trzeba odchylić pióro o 20o;
·ð siÅ‚a oporu jest najwiÄ™ksza dla 40o;
6. Uwagi krytyczne studentów, wynikające ze zdobytej wiedzy
a) Płat jest ustawiany 0O do 40O gdyż dalsze wychylenie płata jest bezcelowe. Powyżej 40O opór i siłą
nośna nie ulęgają znacznej zmianie.
b) Badanie zostało przeprowadzone w basenie modelowym co oznacza że pomiary są niezgodne z
rzeczywistością.
str. 9