Распределение давления на поверхности рефлектора антенны Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УДК 533.6(075.8)

РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА ПОВЕРХНОСТИ РЕФЛЕКТОРА АНТЕННЫ

В. С. Козлов

Сибирский государственный университет науки и технологий имени академика М. Ф. Решетнева Российская Федерация, 660037, г. Красноярск, просп. им. газ. «Красноярский рабочий», 31

E-mail: kozlov@sibsau.ru

Рассматриваются результаты исследований распределения давления по поверхности рефлектора параболической антенны при ее различном уловом положении.

Ключевые слова: параболическая антенна, поверхность рефлектора, угловое положение, распределение давления.

THE PRESSURE DISTRIBUTION ON THE SURFACE OF THE ANTENNA REFLECTOR

V. S. Kozlov

Reshetnev Siberian State University of Science and Technology 31, Krasnoyarsky Rabochy Av., Krasnoyarsk, 660037, Russian Federation E-mail: kozlov@sibsau.ru

The results of studies of the pressure distribution on the surface of the reflector of a parabolic antenna at its different catch position are considered.

Keywords: parabolic antenna, reflector surface, angular position, pressure distribution.

Деформативность рефлектора антенны, имеющего значительный размер, главным образом определяется величиной силового воздействия на поверхность рефлектора ветровой нагрузки. Исследование характера распределения давления по поверхности рефлектора антенны при различном ее угловом положении относительно набегающего потока дает возможность оценить уровень этого воздействия и существенно повысить степень достоверности прочностных расчетов [1-5].

Исследования проводились в аэродинамической трубе замкнутого типа. Скорость потока в открытой рабочей части достигала 40 м/с. Объектом исследования являлась модель рефлектора параболической антенны (рис. 1).

Диаметр рефлектора, с учетом допустимой загруженности рабочей части трубы, составлял 100 мм. Поверхность рефлектора антенны была продрениро-вана вдоль радиуса по одному лучу в семи точках на вогнутой стороне и в семи точках на выпуклой стороне. Для замера давления в намеченных точках поверхности осуществлялся поворот рефлектора вокруг оси, проходящей через геометрический центр чаши антенны, с шагом 22,5°. Измерения проводились при различных положениях модели антенны относительно набегающего потока, определяемых углами атаки а, равными 15°, 30°, 45°, 60°, 85° и углами скольжения в, равными 0°, 30°, 45°, 60°, 90°, 120°, 180°.

Результаты исследований распределения давления по поверхности параболической антенны при различном угловом положении приведены на рис. 2-5.

Величина суммарного давления, т. е. давления, определяемого значениями на вогнутой и выпуклой

сторонах рефлектора в данной точке, представлена в виде безразмерного коэффициента давления (отношение суммарного давления р2 к скоростному напору набегающего потока pv2/2).

При натекании невозмущенного потока на рефлектор антенны возникает зона торможения с повешенными значениями давления в центральной части вогнутой стороны и зона отрыва с практически постоянной величиной давления, имеющего значение ниже атмосферного на выпуклой стороне рефлектора. Этим и объясняется значительная величина суммарного давления в центральной части рефлектора (рис. 2). От зоны торможения поток ускоренно движется вдоль поверхности рефлектора, при этом движение при малых углах а и в происходит преимущественно в направлении верхней кромки. Это подтверждается уменьшением давления как от центра рефлектора к его периферии, так и от нижней части поверхности рефлектора к верхней.

С увеличением угла атаки а симметричность обтекания еще более нарушается. Происходит смещение зоны торможения на фронтальной стороне к передней кромке поверхности и уменьшения отрывной зоны на тыльной стороне (рис. 3). При этом на выпуклой поверхности образуются две отрывные зоны: область между передней кромкой и зоной торможения и область, лежащая ближе к подветренной кромке антенны. Дальнейшее увеличение углов а приводит к возникновению отрыва потока на вогнутой поверхности рефлектора и уменьшению отрывной зоны на выпуклой поверхности.

При возрастании углов скольжения в область максимального давления смещается от центра к кромке

Решетневскуе чтения. 2018

удаляющейся части поверхности рефлектора (рис. 4, 5). Это является результатом уменьшения зоны отрыва на выпуклой поверхности рефлектора. При достижении углом в значения 90° на вогнутой поверхности возникает отрывное течение, причем срыв потока происходит не с кромки, а ниже по течению на рас-

стоянии, равном четверти радиуса рефлектора (рис. 5). Присоединяется поток примерно на таком же расстоянии от дальней по потоку кромки поверхности. Области присоединенного течения имеют форму полумесяцев, соприкасающихся друг с другом в крайних точках на луче 0°.

77777777777777777777Г777777&77777777777777777777Т

Рис. 1. Схема установки

1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 -0,20 -0,40 -0,60 -0,80 -1,00

1,352

1,492

1,632

1,772

Рис. 2. Распределение давления по рефлектору антенны при угле а = 15°

1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0,00 -0,20 -0,40 -0,60 -0,80

-1,00 0,9660

Р

2,175

Рис. 3. Распределение давления по рефлектору антенны при угле а = 45°

1,00

0,40

-0,40

-0,60

-1,00

0,9650

1,3167 1,4925

1,6683 1,8442

2,0200

Рис. 4. Распределение давления по рефлектору антенны при угле в = 30°

-1,0923 -0,7607

-0,4290 -0,0973

Рис. 5. Распределение давления по рефлектору антенны при угле в = 90°

К

К

1,1675

1,369

1,570

1,772

1,973

1,072

1,212

1,912

К

К

0,60

На выпуклой поверхности зона отрыва располагается на подветренной стороне, в результате чего в этой области поверхности давление имеет отрицательное значение (рис. 5).

В результате исследования установлено, что в диапазоне углов а от 0° до 50° и углов в от 0° до 60° формируется, предположительно, следующая картина обтекания:

1) существует область отрыва между зоной торможения наветренным участком кромки рефлектора;

2) приблизительная величина области максимального давления равна четверти радиуса рефлектора (за область максимального давления примем область, в которой давление отличается от максимального не более чем на 5 %);

3) величина суммарного давления является максимальной для малых значений углов а и в;

4) увеличение углов атаки а сопровождается снижением степени силового воздействия потока на поверхность рефлектора;

5) увеличение углов скольжения в приводит к изменению направления действия нагрузки на противоположное.

Библиографические ссылки

1. Савицкий Г. А. Расчет антенных сооружений. М. : Связь, 2008. 210 с.

2. Перельмутер А. В., Сливкер В. И. Расчетные модели сооружений и возможность их анализа. М. : Изд-во СКАД СОФТ, 2011. 710 с

3. Турбин С. В., Некрасов Ю. П. Принципы определения нагрузок и воздействий на антенно-мачтовые сооружения // Многогранные гнутые стойки : материалы конф. / ОАО «ПРОМиК», ООО «Связьтех-сервис». Д. : Печатный салон «Мультипринт», 2006. C. 73-96.

4. Горшков А. Г. Аэрогидроупругость конструкций. М. : Физико-математическая литература, 2000. 592 с.

5. Краснов И. Ф., Кошевой В. А., Калугин В. Т. Аэродинамика отрывных течений. М. : Высшая школа, 1988. 351 с.

References

1. Savitsky G. A. Calculation of antenna structures. M. : Svyaz, 2008. 210 s.

2. Perelmuter V. A., Slivker V. I. Calculation models of structures and the possibility of their analysis. M.: publishing house of the SCADA SOFTWARE, 2011. 710 s.

3. Turbines S. V., Nekrasov Yu. p. guidelines for determining loads and impacts on the antenna-mast structures // Materials of the conference "The many-sided bent racks" / JSC "Promik", JSC "CTS". D: print shop "Multi-print", 2006. C. 73-96.

4. Gorshkov A. G. Aerohydroelasticity of structures. M. : Physical and mathematical literature, 2000. 592 s.

5. Krasnov, I. F., Koshevoy, V. A., Kalugin, V. T. Aerodynamics of separated currents. M. : Higher school, 1988. 351 s.

© Козлов В. С., 2018