стенд для определения силы сопротивления среды движению тела (варианты)

Формула изобретения

1. Стенд для определения силы сопротивления среды движению тела, содержащий жестко закрепленную вертикальную направляющую для обеспечения возможности ориентации исследуемого тела в пространстве и измерительное динамометрическое устройство, отличающийся тем, что он снабжен емкостью с песком, а измерительное динамометрическое устройство расположено в нижней части стенда на уровне зоны размещения исследуемого и эталонного тела в емкости.

2. Стенд для определения силы сопротивления среды движению тела, содержащий жестко закрепленную вертикальную направляющую для обеспечения возможности ориентации исследуемого тела в пространстве и измерительное динамометрическое устройство, отличающийся тем, что он снабжен резервуаром, предназначенным для размещения среды и исследуемого тела, и механизмом для закрепления исследуемого тела, расположенным в верхней части резервуара, при этом в нижней части резервуара размещен песок, и измерительное динамометрическое устройство расположено на уровне зоны размещения резервуара.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области экспериментальных исследований силы сопротивления среды движению тела.

Известен прибор для определения коэффициента лобового сопротивления исследуемого тела, содержащий эталонное тело, выполненное в виде пластины, спрофилированной по участку сопряженной с ней поверхности исследуемого тела, механической связью объединенного в одно целое с эталонным телом, а также устройство для запуска объединенных исследуемого и эталонного тел, выполненное, например, в виде пневмопушки, и измерительное устройство, изготовленное в виде датчика, связанного с эталонным и исследуемым телами. Коэффициент лобового сопротивления исследуемого тела определяется при помещении объединенных исследуемого и эталонного тел в свободномолекулярный поток газовой среды (см. патент РФ N2006808, М.пл⁵ G 01 М 9/00).

Недостатками описанного прибора для определения коэффициента лобового сопротивления исследуемого тела являются повышенная трудоемкость измерений из-за использования сложного устройства для запуска и специального измерительного устройства, а также узкие функциональные возможности вследствие определения коэффициента лобового сопротивления только в газовых средах.

Наиболее близким к предлагаемому изобретению по технической сущности и достигаемому результату (прототипом) является прибор для измерения силы сопротивления движению тела при падении, содержащий вертикальную направляющую для обеспечения возможности ориентации исследуемого тела в пространстве, выполненную в виде вертикально натянутой проволоки с утолщением в нижней части, два измерительных устройства, выполненные в виде пружинных динамометров, раму, с установленными на ней двумя упругими элементами, имеющую возможность перемещаться по направляющей. К одному измерительному устройству прикреплено исследуемое тело, а к другому - эталонное тело с малым коэффициентом лобового сопротивления. Измерительные устройства и упругие элементы закреплены на раме симметрично относительно направляющей. Кроме этого, на раме закреплены вращающиеся при падении барабаны, а показания измерительных устройств регистрируются с помощью пишущих устройств на бумаге, навернутой на эти барабаны. Измерительные устройства и барабаны снабжены защитными кожухами. Утолщения в нижней части проволоки предназначено для предотвращения столкновения движущихся частей прибора с землей, а упругие элементы, размещенные на раме, - для смягчения удара при торможении в конце падения. Высота падения исследуемого тела составляет 115 м (см. Фабрикант Н.Я. Аэродинамика. Общий курс. - М.: Изд-во "Наука", 1964, с. 156-157).

Основными недостатками прибора для измерения силы сопротивления движению тела при падении являются повышенная трудоемкость измерений, т.к. для получения конечных результатов требуется большая высота, низкие точность и достоверность определения силы сопротивления среды, т.к. регистрируется воздушное сопротивление не только исследуемого тела, но и воздушное сопротивление всех частей прибора, движущихся вместе с исследуемым телом, а также узкие функциональные возможности вследствие обеспечения измерения только воздушного сопротивления.

Техническим результатом является снижение трудоемкости, повышение точности и достоверности определения силы сопротивления среды движению тела. Кроме этого расширяются функциональные возможности стенда.

Сущность изобретения заключается в том, что стенд для определения силы сопротивления среды движению тела, содержащий жестко закрепленную вертикальную направляющую для обеспечения возможности ориентации исследуемого тела в пространстве и измерительное динамометрическое устройство, снабжен емкостью с песком, а измерительное динамометрическое устройство расположено в нижней части стенда на уровне зоны размещения исследуемого и эталонного тел в емкости.

Сущность изобретения заключается также в том, что стенд для определения сопротивления среды движению тела, содержащий жестко закрепленную вертикальную направляющую для обеспечения возможности ориентации исследуемого тела в пространстве и измерительное динамометрическое устройство, снабжен резервуаром, предназначенным для размещения среды и исследуемого тела, с песком в нижней части резервуара и механизмом для закрепления исследуемого тела, расположенным в верхней части резервуара. При этом измерительное динамометрическое устройство расположено на уровне зоны размещения резервуара.

Снижение трудоемкости определения силы сопротивления среды движению тела происходит вследствие упрощения проведения исследований, т.к. исследования можно проводить в лабораторных условиях и для их осуществления не требуется опускать тело с большой высоты.

Повышение точности и достоверности определения силы сопротивления среды движению тела обеспечивается, во-первых, вследствие измерения и сравнения полной энергии исследуемого и эталонного падающих тел в воздушной среде в первом варианте, исследуемого падающего тела в сплошной среде и в безвоздушном пространстве во втором варианте, во-вторых, вследствие измерения полной энергии непосредственно исследуемого тела, падающего в среде, а не конструкции, состоящей из падающего в среде исследуемого тела, связанного с дополнительными громоздкими элементами.

Расширение функциональных возможностей стенда достигается путем введения резервуара, в который можно помещать различные сплошные среды, что позволяет производить исследования по определению силы сопротивления движению тела помешенной в резервуар среды, например смеси жидкости и газа.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом, где на фиг. 1 изображен общий вид стенда для определения силы сопротивления среды движению тела, снабженного емкостью (первый вариант стенда), а на фиг. 2 - общий вид стенда для определения силы сопротивления среды движению тела, снабженного резервуаром (второй вариант стенда).

Стенд для определения силы сопротивления среды движению тела по первому варианту содержит штатив 1 с установленным на нем измерительным динамометрическим устройством, выполненным в виде весов 2, на чаше 3 которых размещена емкость 4. В этой емкости помещен песок 5. Весы 2 уравновешены с помощью регулируемого балансира 6 и расположены в нижней части стенда на уровне зоны размещения исследуемого тела 7 эталонного тела 8 при их падении в емкость 4. Кроме этого, стенд снабжен жестко закрепленной в верхней части стенда направляющей 9 для обеспечения возможности ориентации исследуемого тела 7 и эталонного тела 8 в пространстве. В качестве направляющей может быть использован гибкий элемент или жесткий стержень. Исследуемое тело 7 и эталонное тело 8 не закреплены в верхней части стенда, т.е. они вводятся в стенд непосредственно при определении силы сопротивления среды. При этом в качестве среды использован воздух, т.е. определяется воздушное сопротивление движению тела.

Стенд для определения силы сопротивления среды движению тела по второму варианту содержит штатив 1 с установленным на нем измерительным динамометрическим устройством, выполненным в виде весов 2, на чаше 3 которых установлен резервуар 10, предназначенный для размещения исследуемого тела 11 и любой сплошной среды. Чаша 3 может быть выполнены в виде резервуара. В нижней части резервуара 10 помещен песок 5. Весы 2 уравновешены с помощью регулируемого балансира 6, связаны с резервуаром 10 и размещены на штативы 1 на уровне зоне размещения резервуара 10. Т.е. на любом уровне от зоны закрепления исследуемого тела 11 в верхней части резервуара 10 до зоны размещения исследуемого тела и при его падении на дно резервуара 10. Механизм 12 для закрепления исследуемого тела, например электромагнит, установлен в верхней части резервуара 10. Кроме этого, стенд снабжен жестко закрепленной верхней части резервуара 10 направляющей 9 для обеспечения возможности ориентации исследуемого тела 11 в пространстве. В качестве направляющей может быть использован гибкий элемент или жесткий стержень. Исследуемое тело 11 закреплено перед проведением измерений в верхней части резервуара 10 с помощью механизма 12 для закрепления исследуемого тела. При этом осуществляется измерение силы сопротивления движению тела какой-либо сплошной среды, отличной от воздуха.

Стенд для определения силы сопротивления среды движению тела, выполненный по первому варианту, работает следующим образом. При определении силы сопротивления воздуха движению тела на чашу 3 весов 2 помещается и закрепляется емкость 4 с песком 5. Весы 3 уравновешиваются с помощью балансира 6. Сначала от верха стенда под действием силы тяжести перемещается вниз в емкость 4 по направляющей 9 исследуемое тело 7 и отмечается показание стрелки весов 2. Затем от верха стенда опускается вниз в емкость 4 под действием силы тяжести эталонное тело 8, равное по массе исследуемому телу 7 и имеющее минимальный коэффициент лобового сопротивления, и также отмечается показание стрелки весов 2. Фиксация показаний весов 2 может быть осуществлена с помощью флажков. Разница в показаниях стрелки весов 2 соответствует силе сопротивления воздуха.

Стенд для определения силы сопротивления среды движению тела, выполненный по второму варианту, работает следующим образом. При определении силы сопротивления какой-либо сплошной среды движению тела на чаше 3 весов 2 закрепляется резервуар 10 с песком 5. В резервуар 10 помещается какая-либо сплошная среда. Исследуемое тело 11 помещается в резервуар 10 и закрепляется в верхней его части механизмом 12. После чего весы 2 уравновешивается с помощью балансира 6. Исследуемое тело 11 отпускается и под действием силы тяжести начинает опускаться вниз по направляющей 9. При падении тела 11 в песок 5, размещенный в нижней части резервуара 10, фиксируется показание отклонившейся из положения равновесия стрелки весов 2. Затем из резервуара 10 удаляется среда, в него помещается исследуемое тело 11 и закрепляется в верхней его части механизмом 12. После этого весы 2 уравновешиваются балансиром 6. Исследуемое тело 11 отпускается и начинает опускаться вниз по направляющей 9. При падении тела 11 в песок 5, размещенный в нижней части резервуара 10, фиксируется показание отклонившейся из положения равновесия стрелки весов 2. Фиксация показаний весов 2 может быть осуществлена с помощью флажков. Разница в показаниях стрелки весов 2 соответствует силе сопротивления среды.

Использование предлагаемого изобретения по сравнению с прототипом обеспечивает снижение трудоемкости, повышение точности и достоверности определения силы сопротивления среды движению тела. Кроме этого, расширяются функциональные возможности стенда вследствие введения резервуара, в который можно помещать различные сплошные среды, что позволяет производит экспериментальные исследования по определению силы сопротивления движению тела помещенной в резервуар среды.