Диссертация (1149877), страница 10
Текст из файла (страница 10)
В ряде экспериментовдля возбуждения колебаний в канале с соплом Ма=1 донный объем былсоединен полостью с областью натекания струи на стенку канала, так что в негомоглопоступатьдополнительноеколичествогаза,чтоприводилоквозбуждению колебаний.Диапазон полного давления, в котором существуют низкочастотныеколебания. Ширина диапазона колебательного режима в значительной степенизависит от числа Маха Mа и угла полураствора сопла θа. Так на соплах с Mа = 2диапазон колебательного режима уже, чем на соплах с Mа > 3.
На этихкомпоновках колебания продолжаются практически до момента достиженияминимального донного давления, постепенно превращаясь, с повышениемполного давления, из симметричных в односторонние пилообразные.75Частота колебаний. Частота колебаний зависит от Mа, θа, lтр. Это кажетсяочевидным, т.к. увеличение длины канала приводит к росту опрожняемого изаполняемого газом объема, т.е. частота должна уменьшаться. Mа, θа влияют надлину и поперечные размеры первой бочки струи и, соотвественно, такжевлияют на донный объем.
На рисунке 49 представлены результаты измерениячастоты f1, соответствующей началу колебательного цикла, при различныхсочетаниях числа Маха и длины трубы.Рисунок 49 – Зависимость частоты колебаний в начале колебательного режимаот числа Маха и длины трубы.Видно, что частота, ожидаемо, уменьшается с увеличением длины трубыи числа Маха сопла. При Mа=2 в коротких каналах частота началаколебательного цикла резко уменьшается с увеличением длины трубы.
Такпродолжается вплоть до некоторого критического значения lтр, при которомпроисходит удвоение частоты. При дальнейшем увеличении lтр, частота плавноуменьшается также, как и при других числах Маха.Описанный эффект не удалось обнаружить при больших числах Маха,т.к. при постоянном темпе увеличения полного давления начало колебанийсмещалось в сторону больших длин канала, что противоречило результатам76выполненных ранее экспериментов. Было сделано предположение, чтоколебательный цикл в начале режима колебаний отличается от колебательногоцикларазвитыхколебаний,соответствующихпримерносерединеколебательного цикла. И, возможно, при высоком темпе увеличения Р0 первыйтипколебанийпростонеуспеваетразвиться.Дляпроверкиэтогопредположения были выполнены повторные эксперименты, в ходе которых,полное давление изменялось ступенчато.
Результат показан на рисунке 50,видно, что при таком квазистационарном режиме проведения экспериментаколебания успевают развиться при всех числах Маха.Рисунок 50 – Зависимость частоты колебаний в начале колебательного режимаот числа Маха и длины трубы при квазистационарном режиме проведенияэксперимента.Интересно, что разрыв на графике в точности соответствует оптимальнойдлине канала, при которой достигается абсолютный минимум донногодавления. Скачкообразное изменение частоты указывает, что начиная соптимальной длины канала, появляется какая-то дополнительная мода77колебательного цикла, отсутствующая в коротких каналах. Таким образом,можно сделать вывод, что колебаний поддерживаются за счет несколькихмеханизмов.Описываяколебательныйрежимизменениядонногодавления,необходимо обратить внимание на размах колебаний ΔРд.
Как уже отмечалосьвыше, с повышением Р0 симметричные псевдогармонические колебаниядонного давления превращаются в пилообразные колебания, при которых струяпродолжительное время цикла отсасывает газ из донной области, а затем послепочти мгновенного отлипания струи происходит запитка донной области иповышение в ней давления. Такая перестройка характерна для сопел сбольшими числами Маха (Ма>3).
Этим же соплам соответствуют и большиеразмахи колебаний донного давления. Амплитуда колебаний при Ма<3существенно меньше.Выводы п. 2.4. Таким образом, можно сделать основные выводы поприроде колебательного режима. Частота колебаний сильно зависит от длинытрубы и в меньшей степени от числа Ма сопла. При увеличении Р0 колебанияначинаются переходным процессом. В разных частях колебательного режимасуществуют различные виды колебаний, возможно, формируемые за счетналожения двух разных механизмов поддержания колебаний.
В короткихтрубах колебания не возникают. Не возникают они и в случае истечения струйиз сопел, обеспечивающих их наибольшее раскрытие. Поскольку в ходеэкспериментов, проводившихся с высоким темпом увеличения Р0, колебаниязатягивались до режима минимального донного давления, при более медленномтемпе они заканчивались раньше, то можно сделать предположение осуществовании переходного режима, соответствующего окончанию колебаний.78Глава 3 Экспериментальные исследования компоновки с блокомсопел3.1 Качественная картина истечения блочной сверхзвуковой струи в каналс внезапным расширениемВзаимодействие между собой сверхзвуковых струй, истекающих измногосопловогоблока,приводитксложнымтрехмернымтечениям.Визуализация картины течения теневым методом в канале с плоскимипрозрачными стенками, иная конструкция проточной части которого приводитк образованию дополнительных элементов УВС, возникающих при натеканииблока струй на плоские стенки приведена на рисунке 51. Эта картина, очевидно,должна отличаться от картины течения в цилиндрическом канале.Рисунок 51 – Визуализация истечения блочной струи в плоский канал.79Для более подробного изучения структуры блочной струи в канале быливыполнены эксперименты с обмазкой стенок цилиндрического канала мастикой(рисунок 52), которые позволили установить топологию линий тока впристенной области.а)б)а) - режим ОДО, б) режим ЗДО.Рисунок 52 – Визуализация пристенного течения, возникающего в результатевзаимодействия блочной струи, истекающей из четырех сопел вцилиндрический канал.80Такие эксперименты были выполнены для двух (Nс=2) и четырех (Nс=4)сопел.
Кроме того, было выполнено фотографирование блочных струи,истекающих из пяти- и шестисоплового блока в канал с плоскими прозрачнымистенками.Пятисопловойблокпредставлялизсебячетыресопла,установленные по углам квадрата, и одно сопло в центре.
В шестисопловомблоке сопла располагались по окружности (рисунок 51). Анализ теневыхфотографий и их сопоставление с линиями растекания мастики на стенкецилиндрического канала показали, что при расположении сопел по окружностиблочная струя напоминает кольцевую, а взаимодействие между соседнимиструями такое же, как если бы сопла расположили в ряд (рисунок 53).Рисунок 53 – Визуализация течения блочной струи при расположении сопел вряд. Ма=2.81Взаимодействие между двумя параллельными струями сопровождаетсяотклонением их осей к плоскости взаимодействия (рисунок 54) подвоздействием пониженного давления между соплами, возникающем из-заэжекции струями газа из этой области.
При расположении сопел по окружностиструи отклоняются к оси симметрии блока сопел.Анализ картин растекания мастики по стенке канала показал, что принебольших значениях полного давления Р0, когда происходит затеканиевоздуха окружающей среды в открытую донную область, блок струй втипичных случаях теряет устойчивость и прилипает к какой-то одной областистенки, при этом, с другой стороны продолжается затекать в донную областьвоздух из окружающей среды. Чем больше количество сопел, тем меньшевыражена склонность к потере устойчивости блочной струи.Рисунок 54 – Ударно-волновая структура, возникающая при взаимодействиидвух параллельных сверхзвуковых струй.При большем Р0 блочные струи начинают взаимодействовать своимивнешними границами со стенками канала, что приводит к интенсивнымпотокам, затекающим в межсопловую донную область (рисунок 52б).
В то жевремя струи взаимодействуют и между собой, что приводит к образованию82серповидных скачков уплотнения, хорошо видных на рисунке 54 в областимежду струями. Серповидные скачки выталкивают поток к периферии, поэтомупоперечное сечение результирующей струи приобретает в случае двух сопелкрестообразную форму, а в более сложных случаях – звездообразную.3.2 Изменение донного давления при истечении сверхзвуковой струи издвухсоплового блока в канал с внезапным расширением.Постановка задачи исследования. Струя, истекающая из двухсопловогоблока в канал с внезапным расширением, схема которого представлена в п. 1.3,является хорошей моделью для изучения блочных струй, т.к. представляетсобой элементарную ячейку более сложных композиций.
Взаимодействие двухструй между собой при истечении из двухсоплового блока точное такое же, какмежду двумя соседними струями в многосопловом блоке. С другой стороны,масса летательных аппаратов имеет именно два сопла. Поэтому взаимодействиедвух струй со стенками пускового контейнера или с элементами конструкции,относящимисякдоннойобласти,представляетсобойактуальныйсамостоятельный объект исследования.Во время проведения экспериментов использовалась двухсопловая i=2схема установки с диаметром трубы dтр = 85 мм, длинной трубы lтр/dтр = 1-28,числом Маха сопел Ма=1, 2, 3, углом полураствора сопел θа = 15°, разносомсопел dц/dтр =0,353, 0,471, 0,588, 0,706.
Полное давление перед сопломварьировалось в диапазоне от 0 до 90 атм. Для многосопловых компоновоквводится понятие относительной площади канала Fтр/FΣ, где FΣ - суммарнаяплощадь критических сечений двух сопел. Этот параметр информативнее сточки зрения оценки размеров критических сечений сопел относительносечения канала. В рассматриваемой серии экспериментов Fтр/FΣ = 32,15, чтосоответствует критическому диаметру сопел d = 10,6 мм.Результаты эксперимента и их анализ. При истечении двух параллельныхструй в канал с внезапным расширением геометрия и характеристики донной83области сильно отличаются от осесимметричного случая с одной струей.Параметры по объему донной области даже приблизительно не могут считатьсяодинаковыми, т.к.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
