Определение параметров потока газа в сверхзвуковой аэродинамической трубе (1125745), страница 2
Текст из файла (страница 2)
В форкамере помещена спрямляюшая решетка. Рнс. 3. Схема течения в плоском сверхзвуковом лнффузоре. 1 — косые ударные волны, 2 — прямой скачок уплотнения, 3 — горло лнффуэора Для получения чисел Маха, меньших или равных единице, используют сопла с минимальным сечением на срезе (нростое сопла). Изменение скорости при заданных давлениях в форкамере и камере высокого давления эжектора достигается с помощью регулирующей задвижки 1б.
Для получения чисел Маха больше единицы используют сопла Лаваля. Каждое сопло дает возможность получить в рабочей части равномерный 90 поток с определенным числом Маха. Для изменения числа Маха в рабочей части необходимо поменять сопло. Поэтому труба снабжена набором сменных сопел, которые позволяют получать воздушные потоки с различными числами Маха.
Труба имеет рабочую часть прямоугольного сечения 25х32 см . В рабочей части устанавливаются модели н различные приборы для измерения аэродинамических сил и моментов, действующих на модель, параметров набегающего потока и т.д. Поток в рабочей части трубы ограничен сверху и снизу перфорированными стенками, т.е. стенками с отверстиями, плошддь которых составляет от !5 до 50 % площади стенки. Исследования показали, что перфорированные стенки выравнивают поток до высокой степени равномерности. На боковых стенках рабочей части имеются закрьпые оптическими стеклами окна, через которые с помощью оптических приборов можно наблюдать газовый поток. Обычно в сверхзвуковых трубах за рабочей частью следует сверхзвуковой диффузор (рис 3.), который служит для торможения сверхзвукового потока с минимальными потерями давления торможения, что позволяет получать сверхзвуковые течения, создавая минимальные перепады давления между форкамерой и камерой смешения.
Он представляет собой канал„поперечное сечение которого сначала уменьшается, а затем увеличивается. Минимальное сечение, плошадь которого меньше плошади поперечного сечения рабочей части, называется горлом диффузора. Поток тормозится сначала в системе простых ударных волн, а затем в прямом скачке уплотнения„который расположен в горле диффузора (рнс.3). В так называемых регулируемых диффузорах, после установления в рабочей части трубы сверхзвукового режима, сечение горла уменьшается, что приводит к уменьшению потерь давления торможения.
Это позволяет после запуска трубы уменьшить перепад давлений между форкамерой н камерой смешения. Эжектор состоит из камеры высокого давления, сопла и камеры смешения. Через сонно в камеру смешения вытекает воздух (эжектнрующнй) с большой скоростью н малым статическим давлением. После турбулентного перемешивания эжекгируюшего воздуха с эжектируемым (т.е.
воздухом, вытекающим из рабочей части) в камере смешения образуется поток со статическим давлением меньшим, чем в рабочей части. Следовательно, применение эжекгора позволяет получить необходимый перепад давлений между форкамерой н камерой смешения при более низком давлении в форкамере. Это особенно сушественно при получении больших чисел Маха. Это особенно существенно при получении болыпих чисел Маха.
Например, для получения потока с числом Маха М=10 при выхлопе в атмосферу без зжекгора в форкамере нужно иметь давление в 410 атмосфер. При таких высоких давлениях резко возрастает стоимость трубы, усложняется оборудование и эксплуатация. С эжектором требуется значительно меньшее давление в форкамере и, следовательно, стоимость всей установки. Дозвуковой диффузор играет ту же роль, что и в аэрошпамических трубах малых скоростей.
Он преобразует кинетическую энергию потока в потенциальную энергию давления. При увеличении скорости температура в потоке может понизиться настолько, что пары воды, содержашиеся в воздухе, будут конденсироваться. Процесс конденсации протекает очень быстро в узкой зоне, которую можно рассматривать как поверхность разрыва. Такие поверхности называются скачками конденсапии. Конденсация паров воды в потоке начинаегся при довольно сильном переохлаждении (прибяизительно на 30' ниже точки росы).
В скачке конденсации происходит выделение скрьпой теплоты парообразования, изменение скорости, плотности, температуры и давления. Если в аэродинамической трубе образуются скачки конденсации, то в рабочей части трубы меняются параметры потока, изменяется число Маха, ухудшается поле скоростей. Поэтому характеристики исследуемых тел булуг отличаться от характеристик этих же тел в сухом воздухе. Если, например, скачки конденсации вознюают на профиле, то при изменении влажности значительно меняются аэродинамические свойства профиля. Если, кроме того, воздух содержит большое количество паров воды, то в аэродинамической трубе образуется туман, который делает невозможным оптические наблюдения.
Предотвратить конденсацию паров воды можно либо подсушивая на входе в трубу, либо подогревая. Труба А-11 имеет осушитель, который установлен перед баллонами. Заметим, что в трубах, рассчитанных иа получение больших чисел Маха, понижение температуры в потоке может привести к конденсации составляющих воз1~ха. Прн лавлении торможения 8 атмосфер и температуре 280 К конденсация воздуха начинается при числах Маха 4-5.
Первым начинает конденсироваться кислород. Для предотврашения конденсации воздух нагревается подогревателями, которые устанавливаются перед форкамерой. Иногда в сверхзвуковых трубах вместо воздуха используется гели1Ь который конденсируется при более низкой температуре, чем воздух. 92 2. Эффект эааирания аэродинамической трубы В диапазоне чисел Маха от 0.8 до 1.4 при облувании моделей в рабочей части, ограниченной сплопшымн твердыми стенятин, происходит так называемое "запираниеч трубы. Если минимальное сечение канала окажется в рабочей части, перекрытой моделью, при числе Маха набегающего потока меньше единицы, на модели возникнут местные сверхзвуковые зоны, которые замыкаются ударными волнами.
При какой-то все еше дозвуковой скорости сверхзвуковая область на модели достигнет стенок рабочей части. В этом случае увеличение давление в форкамере или уменьшение давления в камере смешения зжектора практически не увеличивает скорость набегающего потока (она остается дозвуковой), а приводит лишь к изменению положения и формы ударных волн на теле. Это явление называот "запиранием" трубы. чЗапирание" трубы может произойти и без модели за счет роста пограничного слоя.
При больших числах Маха минимальное сечение сопла настолько меньше поперечного сечения рабочей части, что остается минимальным сечением канала даже при довольно сильном загромождении рабочей части моделью. Поэтому "запирание" трубы при больших числах Маха не происходит. В случае перфорированных стенок чзапнрание" не происходит, т.к. поток вблизи модели расширяется за счет вытекания части воздуха за перфорированную стенку. В конце рабочей части вытекший за стенку воздух вливается в общий поток. (Иногда конец рабочей части делают несколько расширяющимся.
В разогнавшийся на этом участке поток зжектируют возлух из-за иерфорврованной стенки. Применяется также и принудительный отсос воздуха из-за перфорированной стенки, что делает поток более равномерным и уменьшает пограничный слой.) Кроме того, перфорированная стенка обладает свойством гасить падающие на нее ударные волны и волны разрежения. При обдувании моделей сверхзвуковым потоком головнаа ударная волна после отражения от твердой стенки или от свободной границы струи (в случае трубы с открытой рабочей частью) может попасть на модель и исказить ее аэродинамические характеристики. Использование перфорированных стенок позволяет продувать в трубе более крупные модели и моделировать взаимодействие тел с безграничным потоком. 93 1/ l «/,/ // 2- ммм 3- мем Фзем 4.
Вмееееммере 3- ееммееме еммне реееееа камеры 6 меееехуемве неделе Рис. 4. Схема оптического прибора ИАБ-451 3. Оптическая установка Изменение плотности газа в потоках с большими околозвуковыми и сверхзвуковыми скоростями позволяет использовать оптические методы для получения качественной, а иногда и количественной картины течения. Одним из самых распространенных методов оптического исследования потоков является метод полос Теллер~ нашедший многие применения при изучении плоских и осесимметричных газодннамрческнх течений. В задаче при получения теневой картины течения используется зер- кально-меннсковый прибор Максутова ИАБ-451, схема которого приведена на рис.
4. Лучи от источника света 1 проходит через щель 2 с помощью плоского диагонального зеркала, сферического зеркала н менисковой линзы преобразуются в параллельный пучок, который, пройдя через рабочую часть б с защитными стеклами 5, фокусируется с помощью менисковой линзы, сферического зеркала и плоского лиагонального зеркала. В фокальной плоскости наблюдательной трубы параллельно щелевому источнику света устанавливается непрозрачная пластинка 3 - нож Фуко, рас- стояние до которой от оптической оси может меняться. После прохождения через фокус лучи с помощью линзы попадают в видеокамеру 4.
Если в рабочей части трубы есть области с градиентом плотности, лучи отклоняются от своего первоначального направления и ие попадуг в фокус наблюдательной трубы. Часть отклонившихся лучей задерживается ножом. Поэтому на экране области с градиентом плотности, вызывающим отклонение лучей большее, чем расстояние до ножа от оптической оси, окажутся затененными. Отсекая ножом все лучи, кроме отклоненных, можно наоборот, сделать эти области более светлыми. (Замегим, что вместо ножа Фуко можно использовать тонкую нить. Тогда на экране окажутся затененными полосы, которые соответствуют градиентам плотности, отклоняющим лучи на расстояние, равное расстоянию до нити от оптической оси.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
