CC BY
239
________УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ
__________ 1997
№1
Н. Е. ЖУКОВСКИЙ И ПРОМЫШЛЕННАЯ АЭРОДИНАМИКА
А. С. Гиневский
Научно-техническая общественность нашей страны отмечает 150-летие со дня рождения великого русского ученого и инженера в области механики и аэрогидродинамики, «отца русской авиации» Николая Егоровича Жуковского. Многогранная научная, педагогическая и научно-организаторская деятельность, выдающиеся научные открытия и созданные им- новые научные направления оказали огромное влияние на развитие механики и аэрогидродинамики.
Творческой деятельности Н. Е. Жуковского свойственны необычайно широкий диапазон научных интересов и стремление сочетать глубокий теоретический анализ с модельными и натурными экспериментами, т. е. связывать воедино теорию, эксперимент и практику.
Н. Е. Жуковский является родоначальником нового раздела аэродинамики — экспериментальной аэродинамики. Под его руководством и при его непосредственном участии создавались аэродинамические лаборатории в Московском университете, в Московском высшем техническом училище, в поселке Кучино под Москвой, и наконец, он явился создателем и первым руководителем Центрального аэрогидро-динамическош института, в котором воплотились представления Николая Егоровича о соединении фундаментальных теоретических и экспериментальных исследований с запросами практики.
Будучи блестящим аналитиком, Николай Егорович вместе с тем сопровождал свои теоретические исследования ясным геометрическим анализом. Исследования геометрических свойств движения, его геометрическая интерпретация являются характерной чертой творческой манеры Н. Е. Жуковского. Ему же принадлежит честь создания совершенного математического аппарата теории функций комплексного переменного применительно к плоским задачам гидродинамики.
Выдающийся ученый и педагог, Николай Егорович всегда находился в окружении многочисленных учеников, некоторые из них со студенческих лет включались в интенсивные творческие искания и обеспечивали в дальнейшем продвижение по ряду открытых учителем
направлений аэрогидродинамики. Его ученики доставили плеяду выдающихся ученых и конструкторов: С. А. Чаплыгин, А. Н. Туполев, Б. Н. Юрьев, Б. С. Стечкин, В. П. Ветчинкин, Г. X; Сабинин, К. А. Ушаков, Г. М. Мусинянц, А А Архангельский, Л. С. Лейбензон и др.
В статьях настоящего юбилейного выпуска «Ученых записок ЦАГИ» рассматриваются исследования Н. Е. Жуковского в области авиации. Мы же здесь рассмотрим на ряде примеров некоторые его научные исследования в области инженерной гидравлики и промышленной аэродинамики.
Одна из выдающихся работ Н. Е. Жуковского посвящена изучению гидравлического удара в водопроводных трубах (1898), вызванного закрытием крана, которое сопровождается образованием ударной волны. Николай Егорович выяснил основные физические особенности явления и дал его математическое описание. Кроме того, им разработаны рекомендации по ослаблению гидравлического удара с помощью специальных устройств — воздушных колпаков или же приспособлений для медленного закрытия кранов, причем продолжительность закрытия должна быть пропорциональна длине трубы. На основе полученного решения и простого опыта можно, не выходя из помещения водокачки, определить место повреждения водопровода. Для этой работы характерно сочетание тонкого физического анализа, натурного эксперимента и практических рекомендаций по предотвращению образования ударной волны внутри трубопровода, заполненного водой, которая рассматривается как сжимаемая жидкость. Указанная работа опубликована 100 лет назад! Но по своей методологии она вполне современна.
Отметим еще одно направление исследований Н. Е. Жуковского (1888—1920), посвященных фильтрации грунтовых вод под, основаниями плдтин. Им получено решение в рамках модели идеальной жидкости с привлечением эмпирической формулы Дарси, устанавливающей линейную зависимость скорости фильтрации от градиента пьезометрического напора. Эти исследования вместе с последующими работами Н. Н. Павловского, Л. С. Лейбензона, Ж. Буссинеска и Ф. Форхеймера заложили основу современной теории фильтрации сквозь песчаные грунты и трещиноватые породы, важной для изучения движения воды в грунтах под плотинами, а также нефти и газа сквозь пористые среды.
В двух работах Н. Е. Жуковского рассмотрены задачи жидкостной смазки (1886, 1887); эта же задача в более полной постановке решена в его совместной с С. А Чаплыгиным работе «О трении смазочного слоя между шипом и подшипником» (1906). Последняя работа явилась этапной для гидродинамической теории смазки, которая получила дальнейшее развитие в трудах отечественных ученых (Н. Д. Заблоцкий, Я. Б. Котляр, Л. Г. Лойцянский, Л. Г. Степанянц) применительно к жидкостной и газовой смазке подшипников и подвесов.
В работе «О движении воды на повороте реки» (1914) Н. Е. Жуковский дал лервое теоретическое объяснение возникновения вторичного течения как следствия поворота сохраняющихся вихревых линий. Эта типичная трехмерная задача гидродинамики перекликается с со-
временными численными и экспериментальными исследованиями турбулентного движения вязкой жидкости в щшволинейных каналах.
Перейдем теперь к рассмотрению ряда работ, посвященных проблемам промышленной аэродинамики. Сюда обычно относят задачи аэродинамики турбомашин (осевых, радиальных и диаметральных вентиляторов), аэродинамики ветродвигателей, аэродинамики внутренних течений, аэродинамики зданий и сооружений в ветровом потоке, аэродинамики наземного транспорта, струйных и промышленных аппаратов. Естественно, что с развитием техники области возможного применения аэродинамики непрерывно расширяются. Однако уже в исследованиях Н. Е. Жуковского были сформулированы задачи и получены решения применительно к некоторым ключевым проблемам промышленной аэродинамики.
О значении, которое придавал Н. Е. Жуковский такого рода исследованиям, свидетельствует выдержка из его доклада о деятельности ЦАГИ с 1 декабря 1918 г. по 25 марта 1919 г.: «В институте намечено устройство 7 отделов: 1 — общетеоретического, 2 — авиационного с отделением винтомоторных групп, 3 — ветряных двигателей, 4 — средств сообщения, 5 — приложения аэро- и щдродинамйки к сооружениям, 6 — отдела изучения и разработки конструкций, 7 — отдела научно-технической специализации по аэро- и гидродинамике» [4]. Таким образом, из 7 отделов три (3, 4, 5) должны были заниматься проблемами промышленной аэродинамики [1—5].
Рассмотрим кратко исследования Николая Егоровича в области аэродинамики вентиляторов (осевых, радиальных и диаметральных) и ветродвигателей и их развитие в работах учеников Н. Е. Жуковского и их последователей, главным образом в ЦАГИ, который до настоящего времени занимает в указанной области лидирующее положение.
Осевые вентиляторы. Основы современной аэродинамики осевьге вентиляторов заложены в работах Н. Е. Жуковского, в частности в его статьях по вихревой теории гребного винта. Николай Егорович сформулировал гипотезу цилиндрических сечений, сводящую задачу об обтекании лопаточного венца осевого вентилятора на цилиндрической поверхности к задаче обтекания бесконечной плоской решетки профилей (1890, 1912). Для определения силового воздействия потока на профиль решетки он обобщил теорему о подъемной силе единичного профиля, доказанную им в 1906 г., на случай решетки профилей (1914). В предложенном им осевом вентиляторе, названном вентилятором «типа НЕЖ», принималось, что осевая скорость и циркуляция постоянны вдоль радиуса, что соответствует условию радиального равновесия в цилиндрической проточной части вентилятора. Геометрические параметры лопаточного венца предлагалось определять по теории решеток.
В простейшей схеме вентилятора, состоящего из одного рабочего колеса, постоянная вдоль радиуса циркуляция определялась через силу тяги, как для воздушного винта (Н. Е. Жуковский, В. П. Ветчинкин). Профилирование, т. е. определение геометрических параметров решет-
ки и профиля, выполнялось на основе экспериментальных характеристик единичного крылового профиля. ,
Дальнейшее совершенствование аэродинамического расчета осевых вентиляторов связано с именами К. А. Ушакова (1936—1938) и К. К. Баулина (1944). При профилировании лопатокК, А. Ушаков использовал экспериментальные характеристики единичного профиля, в которые затем вводились поправки, учитывающие влияние густоты решетки.
В дальнейшем было показано, что радиальному равновесию потока при постоянной циркуляции в общем случае соответствует произвольное распределение осевых скоростей по радиусу, но при условии, что на каждом радиусе эти скорости перед лопаточным венцом и за ним равны. Это важно, когда сеть перед вентилятором формирует определенный профиль скоростей. Кроме того, было показано, что радиальному равновесию потока в рабочем колесе при равенстве осевых скоростей за венцом и перед ним соответствует закручивание потока по закону твердого тела (И. В. Брусиловский, 1960, 1965).
Современный аэродинамический расчет осевых вентиляторов состоит из двух частей: выбора расчетных параметров и профилирования. Разработан метод определения оптимальных расчетных параметров (расчетных значений коэффициентов теоретического давлений и осевой скорости), включающий учет потерь полного давления в неподвижных и вращающихся лопаточных венцах, а также в элементах, соединяющих вентилятор с сетью, и, наконец, введение оптимальной остаточной крутки потока (Й. В. Брусиловский, 1958). .....
Был выполнен комплекс экспериментальных исследований параметров потока за неподвижными и вращающимися (в относительном движении) венцами и потерь полного давления (К. А. Ушаков, И. В. Брусиловский, 1958; А. С. Гиневский, С. А. Довжик, 1959, 1961;
А. В. Колесников, 1959—1962), на основе которых предложен эмпирический метод расчета различных составляющих потерь (профильных, концевых, вторичных и щелевых).
Для профилирования лопаток, т. е. определения геометрии решетки по заданному треугольнику скоростей, широко используется гидродинамическая теория решеток в потоке невязкой жидкости с введением поправки, учитывающей ее вязкость (С. А. Довжик, И. В. Брусиловский). Теория решеток используется также при расчете регулировочных характеристик вентилятора при изменении угла установки лопаток колеса или направляющего аппарата (И. В. Брусиловский).
Были выполнены исследования противосрывных устройств, позволяющих затянуть отрыв потока и заметно расширить диапазон рабочих режимов вентилятора (А Р. Бушель, Л. Е. Ольштейн, К. А Ушаков). Различные способы реверсирования потока в вентиляторе, систематического и аварийного, в разные годы были исследованы Е. Я. Юдиным (1947), И. В. Брусиловским и Ю. Г. Московко (1986, 1991). Были выполнены исследования влияния числа Рейнольдса для различных схем вентиляторов на определение расчетных параметров и КПД, когда числа Ие меньше автомодельного в 5—6 раз
(И. В. Брусиловский, 1984, 1991). Процессы шумообразования в лопаточных венцах и акустические характеристики осевых вентиляторов исследовали Е. Я. Юдин (1958), И. В. Брусиловский, И. А. Колганова и Л. И. Попова (1984).
Таким образом, усилиями нескольких поколений аэродинамиков существенно развиты и усовершенствованы методы исследования и аэродинамический расчет осевых вентиляторов. На рис. 1 представлены зависимости, иллюстрирующие область расчетных параметров одноступенчатых осевых вентиляторов, ограниченную предельной кривой Ч'(ср); в пределах этой области одноступенчатые вентиляторы различных схем (К, К + СА, ВНА + К, ВНА +
К + СА) имеют высокие аэродинамические свойства; там же указаны значения полного КПД (И. В. Брусиловский,
В. В. Митрофович, 993). На рис. 1 \\1 и ср — соответственно коэффициенты давления и расхода.
Гидродинамическая теория плоских решеток профилей. Н. Е. Жуковский получил решение о безотрывном циркуляционном обтекании решетки пластин (1890, 1912), а также о струйном обтекании решетки пластин. В дальнейшем эти же задачи другим способом были решены С. А. Чаплыгиным (1914, 1930). Именно Н. Е. Жуковский и С. А. Чаплыгин являются основоположниками теории гидродинамических решеток. Аналитический обзор основных проблем теории гидродинамических решеток — плоских и круговых — по состоянию на 1967 г. опубликован Г. Ю. Степановым (1970).
Ограничимся рассмотрением двух методов расчета плоских решеток из телесных профилей, нашедших практическое применение при профилировании лопаточных венцов осевых вентиляторов, компрессоров и турбин. Рассмотрим метод расчета обтекания решеток, составленных из теоретических профилей конечной толщины, на основе конформного преобразования внешности решетки профилей произвольного выноса и шага на внешность решетки кругов того же выноса и шага. Используемые при этом методы Н. Е. Жуковского и С. А. Чаплыгина замечательны в том отношении, что они иллюстрируют отличие геометрической наглядности метода Жуковского от аналитического подхода С. А. Чаплыгина.
Итак, рассмотрим два метода расчета безвихревого обтекания единичного профиля. Н. Е. Жуковский вводит функцию
(1)
реализующую конформное преобразование йнеищбсти круга у о единичного радиуса с центром в начале координат вспомогательной плоскости С, на внешность пластины в плоскосТй>Чг (здесь *>(€,) — комплексный потенциал бесциркуляционного обтекания круга). Если это преобразование применить не к окружности уо, а 'к окружности у большего радиуса, охватывающей точку £ = 0, то преобразование (1) даст в плоскости т. различные контуры: а — эллипс, б — дугу о|фуж-ности, в — крыловой профиль с закругленной иг—, бесконечно тонкой задней кромкой и д — профиль, характерный для турбинных решеток (рис. 2). Тогда комплексная скорость при обтекании теоретического профиля в плоскости г определится из соотношения
»(*) =
(км
/
Обобщение преобразования Жуковского (1) на случай решетки профилей состоит в том, что вводится некоторая функция
*=с+/(с),
(Г)
реализующая конформное изображение решетки кругов произвольного выноса и шага в плоскости С, на решетку, составленную из пластин. Применяя затем преобразование (Г) к решетке кругов того же выноса и шага, но с радиусом больше единицы, получаем в плоскости z решетки, составленные из профилей, подобных тем, которые показаны на рис. 2. Этот метод был применен при расчете обтекания турбинных и компрессорных решеток Э. Л. Блохом (1947, 1951), С. Ф. Абрамовичем (1950), Л. А. Дорфманом (1952) и М. И. Жуковским (1960).
В отличие от геометрически наглядного метода Жуковского, применявшего для получения различных профилей одну и ту же отображающую функцию (1) к различным кругам во вспомогательной плоскости С. А. Чаплыгин предложил для этой цели использовать отображающую функцию 2(4), содержащую в общем случае произвольное число параметров. Применение этой функции к окружности у о в плоскости С, позволяет получить в плоскости £ различные профили, форма которых зависит от значений параметров преобразования г(С)-
Обобщение метода Чаплыгина на случай' решетки профилей сводится к тому, что
в качестве вспомогательного течения в плоскости £ выбирается течение вокруг решетки кругов единичного радиуса у0. Указанное обобщение основано на следующих соображениях. Используем в качестве отображающей функции к косой решетке кругов в плоскости £ выражение
г(с) = м'(0-с + /’(й (2)
где и'(£) — комплексный потенциал бесциркуляционного обтекания косой решетки кругов единичного радиуса с периодом //ехр(-*р), получим в плоскости £ косую решетку, составленную из пластин, параллельных действительной оси плоскости г, так как на контурах кругов в плоскости £ мнимая часть равна нулю (рис. 3). Точно так же в случае единичного круга в плоскости £, когда ? = оо, функция (1) дает конформное отображение внешности круга на пластину.
На этом основании можно сделать вывод о том, что применительно к решетке с периодом И ехр(-/р) функция Р{С,) играет роль, аналогичную функции 1/£ при исследовании единичного профиля. В связи с этим произвольная отображающая функция
г(0 = С + /(1/С), •
переводящая внешность единичного круга в плоскости С, на внешность какого-либо профиля в плоскости I, может быть путем замены в члене /(1/С). величины '/С величиной Р(С,) преобразована в функцию
= + (3)
переводящую внешность решетки кругов на внешность решетки профилей (Э. Л. Блох, 1947). :
Для исследования решеток, составленньЕ Э1из сильноизогнутых профилей конечной толщины, в качестве исходной можно выбрать функцию С. А. Чаплыгина (1935):
' (С-1)2~*
-----ТТ’ Со = +*10, (4)
(С-Со)
конформно отображающую область, находящуюся вне окружности радиуса единицы, в плоскости С, на область, находящуюся вне замкнутого контура с одной угловой точкой при £ = 1, в плоскости г. Угол между касательными в этой угловой точке равен кж, где к — положительное число меньше единицы. При Ь0 и соответствующем выборе параметров £0 и т|0 преобразование (4) позволяет получить в плоскости г дугу окружности или крыловые профили различной “Толщины и вогнутости. Эта отображающая функция при к = 0 была использована А С. Гиневским (1951) и Е. И. Умновым (1952) при расчете обтекания решетки профилей.
Систематические расчеты решеток с геометрическими параметрами, характерными для неподвижных и вращающихся лопаточных венцов осевого вентилятора и осевого компрессора, показали, что форма теоретических профилей характеризуется средней линией, близкой к дуге окружности, и практически неизменной формой симметричной части во всем диапазоне геометрических параметров решетки (густота т = 6/7 и угол выноса (Зг) и профиля (относительные толщина с и вогнутость /), см. рис. 3. Это обстоятельство позволило установить зависимость аэродинамических характеристик решетки с“ и а0
(су = зш(аг - ао)) или коэффициентов линейной связи тангенсов углов выхода и входа потока А и В (%&2 = ^8^1 + -#) От геометрических параметров решетки (т, рг, с, /). Указанные зависимости нашли
применение в аэродинамическом расчете осевых компрессоров (С, А. Довжик, 1951) и вентиляторов (И. В. Брусиловский, 1953).
С. М. Белоцерковским, А. С. Гиневским и Я. Е. Полонским (1962) на „основе метода дискретных вихрей были рассчитаны на ЭВМ суммарные аэродинамические_ характеристики решеток из двухпараметрических дужек с прогибом / = 0 - 30% и его положением Ху на 30—50% хорды. Были получены диаграммы для определения геометрических параметров решетки, обеспечивающих заданный поворот потока. Эти диаграммы используются при аэродинамическом расчете осевых вентиляторов и тихоходных ветряков пропеллерного типа.
Радиальные (центробежные) вентиляторы. Н. Е. Жуковский занимался исследованием некоторых вопросов аэродинамики центробежного вентилятора. В статье «Вихревая теория гребного винта» (1914) содержится параграф «Вихревая теория центробежного вентилятора». Здесь описано экспериментальное исследование структуры течения во вращающемся колесе с радиальными лопатками на основе визуализа-
ции потока методом шелковинок в межлопаточном канале и при выходе из колеса. Исследование проводилось при свободном всасывании потока вращающимся колесом через центральное отверстие и при отсасывании воздуха из этого отверстия с помощью вентилятора, что приводило к смене направления потока в межлопаточном канале. Н. Е. Жуковский рассчитал течение, которое реализуется вне вращающегося колеса.
Исследования по аэродинамике радиальных вентиляторов в ЦАГИ были начаты В. И. Поликовским (1929) и М. И. Невельсоном (1937) и проводились вплоть до 50-х годов. Главный итог систематических экспериментальных исследований состоял в их обобщении и разработке эмпирического метода расчета аэродинамических параметров вентилятора, получившего название «метод ЦАГИ». Этот метод давал надежные результаты для распространенных в то время машин.
Дальнейшие исследования структуры, пространственного потока при выходе из вращающегося рабочего; колеса в относительном движении (И. Л. Локшин, 1959, 1963; Т. С. Соломахова, 1974, 1985) позволили создать приближенный способ расчета потерь давления в межлопаточном канале колеса и разработать новые вентиляторы с высоким КПД, достигающим 85—90%. Были также выполнены исследования структуры потока и гидравлических потерь во входных и выходных элементах радиальных вентиляторов: входные патрубки (М. И. Невель-сон, К. В. Чебышева, 1954; А. Г. Бычков, 1962), выходные элементы — спиральный корпус (Г. Н. Абрамович, В. И. Поликовский, 1937; П. И. Димант, 1953; В. М. Коваленко, 1960), безлопаточный радиальный диффузор (С. А Довжик, М. И. Невельсон, 1937), лопаточный радиальный диффузор (И. Л. Локшин, Т. С. Соломахова, 1962), кольцевой поворотный диффузор с лопатками, обеспечивающими осевой выход потока (И. В. Брусиловский, Е. Я. Юдин, 1955, 1957) и такой же поворотный диффузор без лопаток (Г. С. Щербатых, 1988).
Важным этапом в совершенствовании аэродинамического расчета радиальных вентиляторов с загнутыми назад лопатками, в межлопаточ-ных каналах которых на режимах с максимальным значением КПД реализуется практически безотрывное течение, явилось использование аэродинамических характеристик круговых вращающихся решеток, составленных из отрезков логарифмических спиралей (Т. С. Соломахова, 1966, 1973), пластин (Т. С. Соломахова, 1986) или же из профилей произвольной формы (Т. С. Соломахова, Г. С. Щербатых, 1987). В аэродинамическом расчете используются теоретические характеристики круговых, вращакнщкся решеток на режиме безударного входа в совокупности с обобщенными экспериментальными зависимостями для потерь полного давления во всех элементах вентилятора. ..
Для радиальных вентиляторов с высоконагруженными колесами с лопатками, загнутыми вперед, разработан метод расчета, основанный на статистическом анализе экспериментальных данных (Е. Ф. Ветров, Т. С. Соломахова, Г. С. Щербатых, 1988), полученных при испытаниях таких вентиляторов с различными геометрическими параметрами колеса и корпуса.
Рис. 4
На рис. 4 представлена в координатах у, ф область расчетных параметров, в пределах которой одноступенчатые радиальные вентиляторы различных схем со спиральным корпусом обеспечивают удовлетворительные характеристики; здесь 1 и 2 соответствуют радиальным вентиляторам с загнутыми назац (1) и вперед (2) лопатками. В первой области максимальный КПД изменяется в пределах 0,7—0,9, во второй — 0,6—0,7 (Т. С. Соломахова, 1980).
Диаметральные вентиляторы. В 1910— 1912 гг. Н. Е. Жуковский построил воздуходувную машину с двумя последовательно расположенными параллельными рядами лопаток, движущимися с помощью ременной передачи в противоположные стороны, ив 1912 г. получил привилегию на такого рода вентилятор (№ 20806 от 31.01.1912 г.). В 1892 г. француз П. Мортье получил патент на аналог такого вентилятора с вращающимся рабочим колесом с двукратным прохождением воздуха через первую и вторую решетки. Схемы обоих вентиляторов сходны (см. рис. 5 и 6).
В 1935—1938 гг. в Швейцарии Шпренгер под руководством проф. Аккерета выполнил экспериментальное исследование диаметральных вентиляторов, КПД которых удалось поднять до 0,58. В дальнейшем существенные результаты получили Б. Экк в Германии, А. Г. Бычков и
А. Г. Коровкин (1962) в нашей стране.
В итоге систематических экспериментальных исследований диаметральных вентиляторов, которые сопровождались визуализацией потока во вращающемся колесе в гид-ролотке, удалось разработать широкий класс диаметральных вентиляторов с достаточно высокими аэродинамическими свойствами. Так, максимальный КПД удалось повысить до 0,75 (А. Г. Коровкин, 1990).
На рис. 6 представлены области параметров \|/, ф, которые обеспечиваются различными типами диаметральных высоконагруженных и средненагруженных диаметральных вентиляторов при наличии и отсутствии направляющих аппаратов внутри рабочего колеса (А Г. Коровкин, 1973). Отметим две характерные особенности диаметральных Рис. 5 вентиляторов. Во-первых, они обла-
дают очень удобными для практических приложений компоновочными особенностями: ширину колеса можно выбирать произвольной. Во-вторых, в отличие от осевых и радиальных одноступенчатых вентиляторов в диаметральных вентиляторах максимальное значение коэффициента давления может достигать утах > 8. «
Аэродинамика ветродвигателей. Вопросы аэродинамики ветродвигателей рассмотрены в ряде работ Н. Е. Жуковского, посвященных теории ветряного двигателя (1919, 1920). Эти исследования были продолжены Г. X. Сабининым и Н. В. Красовским, под руководством которых построены и испытаны ветродвигатели пропеллерного типа с диаметром колес 6 и 14 м. В 1935 г. под руководством Н. В,. Красовского и В. В. Уткина-Егорова в Крыму была построена ветроэлектростанция мощностью 100 кВт с диаметром ветроколеса 30 м, которая в то время была крупнейшей в мире. В тот же период Г. X. Сабининым разрабатывался метод аэродинамического расчета ветродвигателей, базирующийся на основных положениях импульсной теории воздушного винта, исследовались способы их регулирования (Г. X. Сабинин) и вопросы их прочности (А И. Макаревский).
В. П. Ветчинкин создает ветроэлектрическую станцию с трехлопастным ветроколесом диаметром 18 м и мощностью 25 кВт с инерционным аккумулятором — маховиком большой энергоемкости, предложенным А. Г. Уфимцевым.
В аэродинамическом расчете быстроходных ветроколес в качестве исходных используются экспериментальные характеристики единичного профиля (Г. X. Сабинин, К. П. Вашкевич), при расчете характеристик мношлопастных тихоходных ветроколес учитывается взаимное влияние лопастей с привлечением теории плоских решеток профилей (В. Н. Волостных, М. О. Франкфурт, 1973).
Дальнейшее развитие теории и практики ветроэнергетики связано с работами К. П. Вашкевича, исследовавшего параллельную работу ВЭС с тепловыми, гидравлическими и электрическими системами (1954—1960). Вопросы регулирования работы ветроколес' изучали К. П. Вашкевич, В. Н. ВоЛоетных, М. О. Франкфурт (1960—1966).
В последнюю четверть века в мировой энергетике возродился интерес к использованию энергии ветра в связи с энергетическим кризисом 70-х годов и повышенным вниманием общественности к экологическим последствиям традиционной и атомной энергетики. В связи с этим получили дальнейшее развитие исследования по аэродинамике и регулированию ветроколес пропеллерного типа (с горизонтальной осью), а также вертикально-осевого типа (с вертикальной осью). Пара-
метрические экспериментальные исследования ветроколес обоих типов выявили оптимальное сочетание их геометрических параметров, что обеспечило получение для этих типов ветроколес значений коэффициента использования энергии ветра, несколько превышающих соответственно 0,5 и 0,4 (К. П. Вашкевич, В. В. Самсонов). В настоящее время исследованиями проблем ветроэнергетики, кроме ЦАГИ, занимаются ряд институтов и вузов.
На рис. 7 приведены зависимости коэффициента использования энергии ветра от числа Струхаля со Я/У для ветроколес пропеллерного 1 и вертикально-осевого 2 типов. «
Рис. 7
Пионерские работы Н. Е. Жуковского в области промышленной аэродинамики были успешно продолжены и развиты его учениками и последователями. Современные исследователи многочисленных проблем промышленной аэродинамики отдают дань уважения и признательности Николаю Егоровичу Жуковскому, великому русскому ученому и инженеру, проложившему новые пути развития науки и техники.
ЛИТЕРАТУРА
1. Абрамович Г. Н., Брусиловский И. В., Гинев-ский А. С., Соломахова Т. С., Ф едяевский К. К. Промышленная аэродинамика. — В кн.: Механика в СССР за 50 лет. Т. 2. Механика жидкости и газа. — М.: Наука. — 1970, с. 791—858.
2. Васильев О. Ф., ЛятхерВ. М. Гидравлика. Там же, с. 709-790.
3. Степанов Г. Ю. Гидродинамическая теория решеток. Там же, с. 103-152.
4. Брусиловский И. В., Гембаржевский М. Я., Ги-невский А. С., Соломахова Т. С. Исследования по промышленной аэродинамике. — В кн.: ЦАГИ — основные этапы научной деятельности: 1918—1968. — М.: Машиностроение. — 1976, с. 229—»256.
5. Г и н е в с к'и й А. С., Б р у с и л о в с кий И. В., С о л о мах о -в а Т. С., М а слов Л. А. Промышленная аэродинамика. — В кн.: ЦАГИ — основные этапы научной деятельности: 1969—1993. — М.: Наука. — 1996, с. 536-555.'
Рукопись поступила 7/Х 1996 г.
