ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПОПЕРЕЧНЫХ И КРУТИЛЬНЫХ АЭРОУПРУГИХ КОЛЕБАНИЙ КРУГЛОГО ЦИЛИНДРА
Автор: Ярослав Владиславович Демченко
Соавторы: Иванов О.О., Веденеев В.В.
Организация: Механико-математический факультет МГУ имени М.В. Ломоносова, Москва
В работе исследуется задача аэроупругих колебаний круглого цилиндра в потоке сплошной среды. Актуальность и практическая значимость данной задачи определяется её связью с ведущимся в мире поиском принципов проектирования новых типов ветрогенераторов без использования вращающихся и/или трущихся элементов. Объектом исследования является жесткий тонкостенный цилиндр конечного размаха, установленный поперечно направлению дозвукового воздушного потока в аэродинамической трубе и закрепленный на упругой консольной балке. В настоящих экспериментах наблюдались два типа вихревых колебаний (VIV) [1,2]: классические квазидвумерные VIV, при которых балка испытывает изгибные колебания, и неизвестный ранее тип VIV, обусловленный резонансом вихревой дорожки с крутильной модой. Экспериментально показано, что в режиме крутильных колебаний существует режим захвата частоты. Вихревые дорожки Кармана, генерируемые верхней и нижней частями цилиндра, смещены по фазе приблизительно на π. Изменение фазы происходит скачком вблизи закрепления балки, которая ведет себя как разделительная пластина (splitter plate), предотвращающая образование вихрей в сечениях вблизи оси вращения цилиндра. В настоящих экспериментах для рассматриваемой модели получена максимальная амплитуда колебаний на торцах цилиндра A/D = 0.34 крутильных колебаний (расстояние от точки измерения до оси вращения – 9.8D). Для состояния крутильного резонанса характерный диапазон приведенных скоростей составляет 6 – 7.2, что соответствует числам Струхаля 0.166 – 0.139. Эти значения меньше, чем St ≈ 0.2, характерный для цилиндров бесконечного размаха, что объясняется влиянием свободного торца на течение около цилиндра.
1.Williamson, C.H.K., Govardhan, R., 2004. Vortex-induced vibrations // Annu. Rev. Fluid Mech. 36, 413–455.
2. Oleg Ivanov, Vasily Vedeneev. Vortex-induced vibrations of an elastic cylinder near a
finite-length plate // Journal of Fluids and Structures. 2021. Vol. 107. 103393.
