В статье Г. Токаева объясняется принцип работы анемометра Фусса и его модификации — вингротора. Вращение крыльчатки обеспечивается разностью давлений на вогнутые и выпуклые стороны чашек: сопротивление воздуха на вогнутой поверхности значительно выше, что создаёт момент вращения. Даже при расположении чашек параллельно потоку действует закон Бернулли — скорость воздуха вдоль выпуклой стороны выше, давление меньше, и разница снова вызывает вращение. Таким образом, устройство демонстрирует фундаментальные законы аэродинамики.
Г. ТОКАЕВ
Многим, вероятно, приходилось видеть анемометр Фусса, который служит для определения скорости ветра. Его вертушка имеет форму креста, к концам которого прикреплены полусферические чашки. Все чашки выпуклыми сторонами обращены в одну сторону. Если анемометр обдувается ветром, то вертушка начинает вращаться. Скорость её вращения можно определить с помощью стрелки, двигающейся по циферблату.
Но почему вращается вертушка анемометра? Если мы рассмотрим две чашки, расположенные на общем стержне, то мы увидим, что, в то время как одна чашка направлена навстречу воздушному потоку своею вогнутой стороной, другая обращена к ветру выпуклостью. Экспериментальные исследования показывают, что в таком случае лобовое сопротивление первой чашки будет приблизительно в четыре раза больше сопротивления второй чашки. Другими словами, первая чашка будет испытывать в четыре раза большее давление воздушного потока, чем вторая. Под влиянием этой разности давлений и происходит вращение крыльчатки анемометра.
 |
Крыльчатка анемометра устроена таким образом, что ветер при
любом положении чашечек вращает её в одну сторону. |
*
Но что произойдёт, если стержень с чашками будет расположен не перпендикулярно, а параллельно направлению воздушного потока? Возникнет ли и в этом случае вращение?
Воздушный поток, встретив выпуклую сторону чашки, огибает её и поэтому здесь сужается. Вдоль же вогнутой стороны чашки воздух скользит нормально. Из физики известно, что в том месте потока, где он сужается, скорости увеличиваются. Следовательно, скорость воздушного потока вдоль выпуклой стороны чашки будет больше, чем вдоль вогнутой стороны. Вспомним теперь известный закон Бернулли. Он гласит, что в тех местах потока, где скорость больше, давление всегда меньше. Таким образом и в этом положении чашек давление воздуха на их вогнутые стороны будет больше, чем на выпуклые. Вертушка станет вращаться в ту же сторону, что и в первом случае.
Таков принцип действия анемометра. По тому же принципу устроен и так называемый вингротор. Этот прибор был изобретён финским инженером Савониусом в 1926 году. «Винг» по-фински означает крыло; следовательно, «вингротор» можно перевести как «вращающееся крыло». Вингротор, в сущности, ничем не отличается по идее от анемометра Фусса. Вся разница между ними заключается в том, что в вингроторе вместо сферических чашек применяются пустотелые полуцилиндры. Они расположены более близко, чем чашки анемометра, и даже несколько перекрывают друг друга.
Так же, как и анемометр, вингротор, будучи установлен в каком-либо потоке (например, воздушном), приходит в быстрое вращение. Число его оборотов возрастает с увеличением скорости потока.
Другое свойство вингротора заключается в том, что он не только вращается в потоке, но, будучи расположен горизонтально, даёт ещё и подъёмную силу. Экспериментальные исследования показывают, что подъёмная сила вингротора довольно значительна. Если вингротор расположен в потоке не горизонтально, а вертикально, то вместо подъёмной силы возникает сила, действующая вбок. В обоих случаях возникающая сила действует перпендикулярно к направлению потока.
*Нельзя ли использовать это свойство вингротора в технике?
Представим себе переправу через реку следующего устройства. С одного берега на другой протянут канат, вдоль которого ходит лодка. Последняя снабжена коромыслом, на концах которого установлены два вертикальных вингротора, вращающиеся в разные стороны. Если опустить в воду один вингротор, то лодка под действием возникшей боковой силы станет двигаться к одному берегу; опустим другой вингротор — лодка пойдёт к другому берегу. Таким образом, погружая вингроторы поочерёдно в воду, можно переезжать через реку, используя силу её течения.
 |
| Погружая вингроторы поочередно в воду, можно переезжать через реку, используя силу ее течения. |
Приведём ещё один пример возможного использования вингроторов. Если на ветряной мельнице взамен лопастей установить вингроторы, могущие свободно вращаться вокруг своей оси, то получится своеобразный ветродвигатель. От ветра вингроторы придут во вращение. Тем самым они создадут боковые силы, которые вызовут вращение уже самой крестовины, на которой укреплены вингроторы.
Можно найти и другие способы практического применения «вращающегося крыла» — вингротора.
Комментариев нет:
Отправить комментарий