Главная » Просмотр файлов » Иванов Б.Н. - Мир физической гидродинамики. От проблем турбулентности до физики космоса

Иванов Б.Н. - Мир физической гидродинамики. От проблем турбулентности до физики космоса (1107606), страница 27

Файл №1107606 Иванов Б.Н. - Мир физической гидродинамики. От проблем турбулентности до физики космоса (Иванов Б.Н. - Мир физической гидродинамики. От проблем турбулентности до физики космоса) 27 страницаИванов Б.Н. - Мир физической гидродинамики. От проблем турбулентности до физики космоса (1107606) страница 272019-04-28СтудИзба
Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 27)

Возникновению ракетно-космической и аэрокосмической техники предшествовало, в частности, создание высокотемпературных (плазменных) аэродинамических труб. В них при Ма > 20 (и - 8 км/с) исследуются главным образом теплозашитные покрытия спускаемых в атмосфере Земли космических аппаратов. Воздух в форкамере этих труб, имея давление в 100 атм, нагревается электродуговым способом до 6000 К и более, а время эксперимента составляет несколько секунд.

14.2. Баллистические установки и ударные трубы В аэродинамической трубе испытуемая модель покоится, движется же воздух. Можно поступить иначе: в неподвижный воздух выстреливать модель. Согласно принципу относительности движения, оба рассмотренных случая эквивалентны. Однако, практически между ними эквивалентность неполная, ибо воздух, при своем движении в каналах аэродинамической трубы, испытывает всякого рода возмущения, в частности, турбулизуется на стенках трубы.

В баллистических методах (метание тел) есть и свои преимущества н свои недостатки, Например, они требуют экспресс-измерений и способов регистрации быстропротекаюших процессов. Зато метание тел позволяет изучать газовые потоки при космических скоростях.

Максимальные скорости метания в артиллерийских системах что-то около 1 —: 2 км/с. Это мало для наших целей, нбо нам нужны скорости выброса порядка 10 км/с. Рассматривая в 8 11.4 сильные ударные волны, мы получили выражение лдя скорости распространения ударной волны (14.6) где р~ — плотность газа перед ударным скачком, Рт — давление за ударным фронтом.

Сама формула справедлива прн условии Рт» Ры т. е. когда скачок давления на ударной поверхности велик. Согласно (14.6), 121 й 14. Моделирование и опьнп для получения вонможно больших скоростей ударного фронта, надо пользоваться легкими газами (водород, гелий) и создавать высокий перепад давления. Сделаем численную оценку. Для реализации скорости е~ ударной волны около 10 км/с, необходимо Рз 1О' атм в 1Оэ Па, а плотность легкого газа р| 1О кг/мз. Этн цифры вполне доступны для технического воплощения иде и.

Были созда.ны двухступенчатые легкогазовые пушки. Схема такой установки прив.едена на рис. 14.3, Камера сгорания 1, способная выдерживать давлыния в несколько десятков тысяч атмосфер, заполняется смесью водород~а с кислородом; эта смесь несколько разбавлена гелием. Выход из камеры сгорания закрыт легким поршнем 2 (из пластмассы нли алюминия 1, который способен перемешаться вдоль цилиндрической камеры сжатию 3, заполняемой обычно гелием.

Эта камера может быть и вакуумной броркамерой, с пониженным давлением в 1О ~ тэ 1О ' атм. Выход из кам,еры 3 закрыт поршнем — моделью 4; последняя может ускоренно скгшьзить адель направляющего ствола 5. Рве. 14.3 Как работает баллистическая установка подобного типау Электрический разряд от мощной батареи конденсаторов поджигает водородно- Кислородную смесь в камере сгорания 1. Энергия, вводимая от батареи конденсаторов в ряде случаев достигает значений 60000 Дж. Поршень 2, двигаясь с огромным ускорением, создает в камере 3 сильную ударную волну.

Параметры газа в ударном слое достигают значений Р 20000 атм и Т 6000 К. Ударное действие газа с такими параметрами, выбрасывает модель массой около 2 г со скоростью превышающей 10 км/с. Время срабатывания всей установки 5 эп 6 мс. Выброс модели происходит в аэробаллистическую трассу, в которой давление воздуха может варьироваться. Вдоль трассы располагается контрольно-измерительная оптическая и иная аппаратура. В частности, по последовательному положению модели на трассе н времени пролета можно судить о ее скорости.

Длина аэробаллистических трасс достигает 300 м. В них моделируется вход космических аппаратов в плотные слои атмосферы. При переходе от гнперзвуковых к космическим скоростям движения тел в газовой среде, температура последней возрастает от тысячи градусов !22 з 14. Г4оделорованое и ооыа до нескольких тысяч.

Вследствие этого в газах идут раз тт очные физико-химические процессы: возбуждение молекулярных колеб;и гий, диссоциация молекул, химические реакции, ионизация, световое изл учение. Если в целом газодинамические процессы протекактг настолько быстро, что термодинамическое равновесие не успевает истановиться, то кннетика указанных элементарных процессов приобретает решающее значение, Примерами таких задач являются: вход космических тел и аппаратов в плотные слои атмосферы; течения газов в каналах мощных ракетных двигателей; сильные взрывы в атмосфере. Теоретическое изучение скоростей протекания всего комплекса элементарных процессов в реальных системах затруднено целым рядом обстоятельств, например, слишком грубым знанием зако~юв взаимодействия молекул, находящихся в возбужденных состояниях и др.

Обращение к эксперименту в указанных условиях является вполне естественным. Измерение эффективных сечений (см. з 5.1) элементарн ых процессов, времен релаксации (установления равновесия) по отноьыению к этим процессам производится на установках называемых ударны ми трубами. Принципиальная схема ударной трубы представлена на рис. 14.4, Это закрытая удлиненная камера, разделенная тонкой металлической диафрагмой на две чаРвс. 14.4 сти. В одной части — камере высокого давления 1 — находится рабочий газ под лавлением в десятки и сотни атмосфер, в другой части — кам ере низкого давления 2 — исследуемый газ в относительно разреженном состоянии при давлении в 10 ~ —: 10 ' атм.

В нужный момент стальная диафрагма 3 разрывается и происходит, по существу, метание плотного с>катого газа в газ разреженный. Образующаяся ударная волна быстро опережает положение контактной поверхности, т. е. границы между плотным толкающим газом — «поршнем» и газом исследуемым, высокий перепад давлений в окрестности диафрагмы формирует сильную ударную волну. Фронт этой волны несколько уширен благодаря некоторому разрежению среды. Вспомним (см. конец з11.3), что ширина ь ударного скачка порядка длины свободного пробега 1 молекул. На ширине фронта ударной волны сильно разогретый газ находится в неравновесном состоянии (см.

5!1.3). Теория позволяет связать скорости элементарных процессов с распределениями плотности р(х) и температуры Т(х) в релаксирующем слое. Измерение распределений р(х) и Т(х) на ширине фронта ударной волны даст сведения о кинетике самих элементарных процессов в газе.

Изменяя перепад давления вблизи диафрагмы, можно регулировать величину температуры в ударном скачке (от 1000 до 10000 К и более). В связи с этим см. соотношение (1!.20). Заканчивая рассказ о современном газодинамическом эксперименте, отметим первые попытки создания аэродинамических труб. В России в период 1902-1906 гг. под руководством Н. Е. Жуковского были постро- ф 14.

Моделирование и ооьип 123 сны аэродинамические установки в МГУ и МВТУ, В Германии аэродинамические трубы появились в течение 1907 — ! 909 гг., их создателем был Л. Прандтль (! 875-1953). Естественно, что результаты первых аэродинамических экспериментов носили во многом лишь качественный характер. В связи с этим поучительна судьба одной замечательной теоретической работы Сергея Алексеевича Чаплыгина (18б9 — 1942), выдаюшепзся аэрогидромеханика 20-го столетия, одного из создателей теории сверхзвуковых газовых течений. Вслед за работой Н. Е.

Жуковского «О присоединенных вихрях» (см. э 6.4), содержащей метод расчета подъемной силы крыла бесконечного размаха, С. А. Чаплыгин построил теорию конечного крыла (1913 г.). В этом труде вводилось представление о сбегающих концевых вихрях на крыле и индуктивном сопротивлении. Работа в математическом плане была очень изящной и последовательной и являлась развитием идей Чаплыгина, заложенных в предыдущих его статьях.

Проверочные опыты Н. Е. Жуковского, поставленные в мало оснащенной примитивной аэролинамической трубе МГУ„дали отрицательные результаты. Это произвело на Чаплыгина сильное впечатление, ибо он хорошо понимал значение соотношения между теорией и экспериментом. Однако эксперимент должен быть добротным, чтобы решать судьбу теории. Этого Чаплыгин не учел, и на три года забросил теоретическую работу, занявшись преподаванием. Однажды к Чаплыгину пришел его молодой коллега Б. Н.

Юрьев (будущйй академик) и показал опубликованную статью немецкого аэролинамика Прандтля по теории крыла конечного размаха. Результаты ее повторили работу С.А. Чаплыгина. Сергей Алексеевич отнесся к этому сообщению удивительно спокойно, он был вполне удовлетворен тем, что его ход мыслей был правилен и он мог снова возобновить теоретические исследования. Ударная волна прн пшерзвуковмх скоростях Шлирен-фотография нейлоновой сферической модели диаметром 4,8 ми, движущейся 1слева направо) с гиперзвуковой скоростью, соответствующей числу Мака Мв = 17,5 в атмосфере ксенона в баллистической установке.

Характеристики

Список файлов книги

Свежие статьи
Популярно сейчас
Зачем заказывать выполнение своего задания, если оно уже было выполнено много много раз? Его можно просто купить или даже скачать бесплатно на СтудИзбе. Найдите нужный учебный материал у нас!
Ответы на популярные вопросы
Да! Наши авторы собирают и выкладывают те работы, которые сдаются в Вашем учебном заведении ежегодно и уже проверены преподавателями.
Да! У нас любой человек может выложить любую учебную работу и зарабатывать на её продажах! Но каждый учебный материал публикуется только после тщательной проверки администрацией.
Вернём деньги! А если быть более точными, то автору даётся немного времени на исправление, а если не исправит или выйдет время, то вернём деньги в полном объёме!
Да! На равне с готовыми студенческими работами у нас продаются услуги. Цены на услуги видны сразу, то есть Вам нужно только указать параметры и сразу можно оплачивать.
Отзывы студентов
Ставлю 10/10
Все нравится, очень удобный сайт, помогает в учебе. Кроме этого, можно заработать самому, выставляя готовые учебные материалы на продажу здесь. Рейтинги и отзывы на преподавателей очень помогают сориентироваться в начале нового семестра. Спасибо за такую функцию. Ставлю максимальную оценку.
Лучшая платформа для успешной сдачи сессии
Познакомился со СтудИзбой благодаря своему другу, очень нравится интерфейс, количество доступных файлов, цена, в общем, все прекрасно. Даже сам продаю какие-то свои работы.
Студизба ван лав ❤
Очень офигенный сайт для студентов. Много полезных учебных материалов. Пользуюсь студизбой с октября 2021 года. Серьёзных нареканий нет. Хотелось бы, что бы ввели подписочную модель и сделали материалы дешевле 300 рублей в рамках подписки бесплатными.
Отличный сайт
Лично меня всё устраивает - и покупка, и продажа; и цены, и возможность предпросмотра куска файла, и обилие бесплатных файлов (в подборках по авторам, читай, ВУЗам и факультетам). Есть определённые баги, но всё решаемо, да и администраторы реагируют в течение суток.
Маленький отзыв о большом помощнике!
Студизба спасает в те моменты, когда сроки горят, а работ накопилось достаточно. Довольно удобный сайт с простой навигацией и огромным количеством материалов.
Студ. Изба как крупнейший сборник работ для студентов
Тут дофига бывает всего полезного. Печально, что бывают предметы по которым даже одного бесплатного решения нет, но это скорее вопрос к студентам. В остальном всё здорово.
Спасательный островок
Если уже не успеваешь разобраться или застрял на каком-то задание поможет тебе быстро и недорого решить твою проблему.
Всё и так отлично
Всё очень удобно. Особенно круто, что есть система бонусов и можно выводить остатки денег. Очень много качественных бесплатных файлов.
Отзыв о системе "Студизба"
Отличная платформа для распространения работ, востребованных студентами. Хорошо налаженная и качественная работа сайта, огромная база заданий и аудитория.
Отличный помощник
Отличный сайт с кучей полезных файлов, позволяющий найти много методичек / учебников / отзывов о вузах и преподователях.
Отлично помогает студентам в любой момент для решения трудных и незамедлительных задач
Хотелось бы больше конкретной информации о преподавателях. А так в принципе хороший сайт, всегда им пользуюсь и ни разу не было желания прекратить. Хороший сайт для помощи студентам, удобный и приятный интерфейс. Из недостатков можно выделить только отсутствия небольшого количества файлов.
Спасибо за шикарный сайт
Великолепный сайт на котором студент за не большие деньги может найти помощь с дз, проектами курсовыми, лабораторными, а также узнать отзывы на преподавателей и бесплатно скачать пособия.
Популярные преподаватели
Добавляйте материалы
и зарабатывайте!
Продажи идут автоматически
6521
Авторов
на СтудИзбе
302
Средний доход
с одного платного файла
Обучение Подробнее