Обґрунтування конструкції ваг для аеродинамічної труби
Автор: Шемеляк Андрій Тарасович
Кваліфікаційний рівень: магістр
Спеціальність: Комп'ютерний інжиніринг в машинобудуванні
Інститут: Інститут механічної інженерії та транспорту
Форма навчання: денна
Навчальний рік: 2025-2026 н.р.
Мова захисту: українська
Анотація: Автомобільна та аерокосмічна промисловість впродовж останнього століття переживають прискорений розвиток завдяки постійно зростаючим вимогам суспільства. Успіхам виробництва та науковий розвиток уможливлюють цей прогрес та постійний рух вперед. Існує багато галузей науки, з якими пов’язані ці дві галузі промисловості: термомеханіка, електротехніка, хімія та аеродинаміка. В аеродинаміці, завдяки теоретичним знанням, комп’ютерному моделюванню та експериментам, які допомагають їх перевірити та розвинути, ми можемо рухатися вперед у розробці літаків, ракет, автомобілів цивільного та військового призначення. З багатьох варіантів перевірки та тестування заданої моделі чи гіпотези, у ході цієї роботи я зосереджусь на аеродинамічній трубі, тобто вимірюваннях у ній за допомогою аеродинамічних ваг. Вимірювання в аеродинамічній трубі є одними з найважливіших способів перевірки властивостей моделі, що тестується. Результатом цих експериментів є сили та моменти, що діють на тіло, яке піддається впливу певного потоку, що циркулює в тунелі. Вимірювання в аеродинамічній трубі часто проводяться на моделях, менших за їх передбачуваний кінцевий розмір, через обмеження простору та проблеми з продуктивністю більших тунелів для експериментів з кінцевим об’єктом. Незважаючи на появу комп’ютерного моделювання, аеродинамічні труби та вимірювання в них залишаються основою збору даних як у надзвукових, так і в дозвукових потоках. Ця магістерська робота зосереджена на основах аеродинамічної труби та вимірюваної моделі на початку дослідження, щоб визначити основні вхідні та вихідні дані для наших аеродинамічних ваг. Об’єкт дослідження: сили та моменти, що діють на тіло, яке піддається впливу певного потоку, що циркулює в тунелі. Предмет дослідження: залежність конструктивних параметрів аеродинамічної ваги від силового навантаження та сили і моменти, що діють на тіло в аеродинамічній трубі під впливом повітряного потоку та їх моделювання в CFD. Мета дослідження: проектування аеродинамічної ваги, що вимірює опір, підйомну силу та момент перекидання на поворотному столі випробувальної моделі для аеродинамічної труби. Дана магістерська робота присвячена дослідженню та конструюванню аеродинамічних ваг для вимірювання опору, підйомної сили та моменту перекидання на поворотному столі. Щоб зрозуміти основні питання було проаналізовано основні елементи конструкції аеродинамічних труб та їх властивості. Наступним кроком у дослідженні було визначення вимог до тестованої моделі (наприклад, її максимальний розмір) та факторів, що впливають на вимірювання. Ця інформація пов’язана з аеродинамічними вагами, а тому буде відображена в їх вхідних параметрах при проектуванні конструкції. Дослідження передбачало детальне вивчення аеродинамічних ваг: основні терміни, методи вимірювання, обробку даних та основи їхньої конструкції. Описано головні відмінності та метод вимірювання для зовнішніх та внутрішніх ваг. Запропоновано два варіанти аеродинамічних ваг, які моторно або механічно компенсують вагу вимірюваної моделі. Оскільки обидва варіанти використовують спільні елементи, описано їх у конструкції вимірювального простору, столу, системи обертання. Для моторизованих та механічно компенсованих ваг описано їх вузли, включаючи функцію важливих елементів, потім зосереджено увагу на розрахунках міцності та деформації опор тестованої моделі, перетворенні виміряних даних. В останній частині роботи подано результати моделювання аеродинамічної кришки опор та її оптимізацію за допомогою програми Inventor CFD. З шести протестованих моделей обрано найкращий варіант на основі сили опор моделі, об’ємного потоку через верхні отвори покриття та впливу потоку повітря навколо моделі. Проведено контрольне моделювання на тестовій моделі. Спроектовані аеродинамічні ваги, що компенсують вагу моделі, моторизовані або механічні, вимірюють опір, підйомну силу та момент перекидання. Поворотний стіл забезпечує вимірювання моделі на обертання ±20°. Спроектовані аеродинамічні ваги призначені для вимірювального простору з поперечним перерізом 400x400 мм, довжиною 1000 мм та легко регулюються для різних розмірів в інших аеродинамічних трубах. Отримані в роботі проєктні рішення та відповідні досліджень вказують на їх та доцільність використання на практиці. Ключові слова: аеродинамічна труба, аеродинамічна вага, повітряний потік, Autodesk Inventor, CFD, деформація, міцність.