СПОСОБ ПОЛУЧЕНИЯ ГИПЕРЗВУКОВОГО ПОТОКА ДЛЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЕГО ОСУЩЕСТВЛЕНИЯ (ВАРИАНТЫ) Российский патент 2008 года по МПК G01M9/02 

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано для получения гиперзвуковых потоков газа для аэродинамических исследований.

Наиболее близким из известных решений к заявленному способу является способ получения гиперзвукового потока газа, основанный на разогреве сжатого рабочего газа с помощью кауперного подогревателя газа до температуры торможения с последующим выпуском его через аэродинамическое сопло.

Устройство для осуществления этого способа содержит кауперный подогреватель газа, пусковое устройство, аэродинамическое сопло и источник рабочего газа (см. Аэродинамические трубы и газодинамические установки зарубежных стран. Том 2. Трансзвуковые и гиперзвуковые аэродинамические трубы. Обзоры ЦАГИ, №664, 1986 г., стр.222).

Недостатком указанных решений является то, что из-за ограничений по допустимым размерам кауперного подогревателя имеет место ограничение минимальных значений чисел Маха (M), при которых можно получать большие числа Рейнольдса (Re) в рассматриваемых аэродинамических трубах кратковременного действия.

Задачей изобретения является увеличение массы рабочего газа, которую можно использовать в устройствах без увеличения размеров кауперного подогревателя газа при температурах торможения, которые меньше максимальной температуры, до которой можно разогревать газ в кауперном подогревателе.

Технический результат, достигаемый при этом, - расширение области с большими числами Re в сторону уменьшения чисел М потока.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в способе получения гиперзвукового потока, основанном на разогреве сжатого рабочего газа с помощью кауперного подогревателя с последующим выпуском его через аэродинамическое сопло, разогрев газа производят до температуры, которая превышает требуемую температуру торможения потока, а затем к разогретому газу перед подачей его в сопло подмешивают холодный газ в пропорции, при которой в ядре потока обеспечиваются параметры торможения.

Указанный результат достигается тем, что устройство для получения гиперзвукового потока для аэродинамических исследований, предназначенное для осуществления способа и содержащее кауперный подогреватель рабочего газа, пусковое устройство, аэродинамическое сопло и источник рабочего газа, снабжено камерой смешения горячего и холодного газов, установленной между подогревателем газа и пусковым устройством.

Технический результат также может быть достигнут тем, что во втором варианте выполнения устройство для получения гиперзвукового потока, содержащее кауперный подогреватель рабочего газа, пусковое устройство, аэродинамическое сопло и источник рабочего газа, снабжено дополнительным кауперным подогревателем, вспомогательным подогревателем газа и камерой смешения, при этом дополнительный кауперный подогреватель и камера смешения установлены последовательно между кауперным подогревателем и пусковым устройством, а вспомогательный подогреватель установлен параллельно с кауперным подогревателем между источником рабочего газа и дополнительным кауперным подогревателем.

Технический результат также может быть достигнут тем, что в третьем варианте выполнения устройство для получения гиперзвукового потока, содержащее кауперный подогреватель рабочего газа, пусковое устройство, аэродинамическое сопло и источник рабочего газа, снабжено дополнительным кауперным подогревателем, вспомогательным подогревателем и камерой смешения, при этом дополнительный кауперный подогреватель и камера смешения установлены последовательно между кауперным подогревателем и пусковым устройством, а вспомогательный подогреватель подключен к выходу дополнительного кауперного подогревателя.

Схемы устройств для получения гиперзвукового потока газа по предлагаемому способу приведены на фиг.1, 2, 3.

Устройство для осуществления способа, приведенное на фиг.1, содержит источник рабочего газа 1, кауперный подогреватель газа 2, камеру смешения 3, пусковое устройство 4, аэродинамическое сопло 5, клапаны 6, 7, баллон с рабочим газом 8. Источником рабочего газа может служить емкость с рабочим газом высокого давления либо иной источник, в том числе и с предварительно подогреваемым газом.

Устройства для осуществления способа, приведенные на фиг.2, 3, содержат источник рабочего газа 1, кауперный подогреватель газа 2, камеру смешения 3, пусковое устройство 4, аэродинамическое сопло 5, клапаны 6, 7, 11, 12, баллон с рабочим газом 8, дополнительный кауперный подогреватель 9 и вспомогательный подогреватель 10. Вспомогательный подогреватель 10 (например, в виде электро-дугового подогревателя или газовой горелки) служит для разогрева проходящего через него газа до температур, которые превышают температуру возможного разогрева теплоаккумулирующей насадки кауперного подогревателя 9 с помощью собственной системы электропитания (при ее наличии).

Устройство, приведенное на фиг.1, работает следующим образом.

Закрывают клапаны 6, 7 и заполняют источник газа 1 и баллон 8 рабочим газом. При закрытом пусковом устройстве 4 открывают клапан 6 и через него заполняют рабочим газом кауперный подогреватель 2 и камеру смешения 3 до требуемого давления. Включают электропитание кауперного подогревателя 2 и разогревают теплоаккумулирующую насадку кауперного подогревателя до температуры Т, которая превышает требуемую температуру торможения потока.

Для пуска установки синхронно открывают пусковое устройство 4 и клапаны 6, 7 на определенные величины проходных сечений. Газ из источника 1, проходя через кауперный подогреватель газа 2, разогревается до температуры теплоаккумулирующей насадки Т. Газы (горячий и холодный), поступающие из кауперного подогревателя 2 и клапана 7 в камеру смешения 3, смешиваются и направляются в аэродинамическое сопло 5. Расходы газов, проходящих через клапаны 6, 7, таковы, что в камере смешения 3 устанавливается давление, равное давлению торможения, а в ядре потока после сопла обеспечивается температура торможения.

Устройство, приведенное на фиг.2, работает следующим образом.

Закрывают клапаны 6, 7, 11, 12 и заполняют источник газа 1 и баллон 8 рабочим газом. При закрытом пусковом устройстве 4 через клапан 6 заполняют рабочим газом подогреватели 2, 9, 10 и камеру смешения 3 до определенного давления и закрывают клапан 6. Включают электропитание кауперных подогревателей 2, 9 и разогревают теплоаккумулирующие насадки кауперных подогревателей до максимальных температур, которые обеспечивают системы электропитания этих подогревателей. Открывают клапаны 11 и 12, включают вспомогательный подогреватель 10 и пропускают газ, разогретый во вспомогательном подогревателе 10, через дополнительный кауперный подогреватель 9 и дополнительно разогревают его теплоаккумулирующую насадку до максимальной температуры Т, которая близка к температуре газа, поступающего от вспомогательного подогревателя 10, и которая превышает требуемую температуру торможения. В момент достижения температуры T закрывают клапаны 11, 12, открывают клапаны 6, 7 и пусковое устройство 4. Рабочий газ, поступающий через кауперный подогреватель 2, разогревается в дополнительном кауперном подогревателе 9 до температуры T, смешивается с холодным газом, поступающим через клапан 7, в камере смешения 3 и направляется в аэродинамическое сопло 5. Расходы газов, проходящих через клапаны 6, 7, таковы, что в камере смешения 3 устанавливается давление, равное давлению торможения, а в ядре потока после сопла 5 обеспечивается температура торможения.

Устройство, приведенное на фиг.3, работает следующим образом.

Закрывают клапаны 6, 7, 11, 12 и заполняют источник рабочего газа и баллон 8 рабочим газом. При закрытом пусковом устройстве 4 через клапан 6 заполняют рабочим газом подогреватели 2, 9, 10 и камеру смешения 3 до определенного давления и закрывают клапан 6. Включают электропитание (при его наличии) кауперных подогревателей 2, 9 и разогревают теплоаккумулирующую насадку дополнительного кауперного подогревателя 9 до максимальной температуры, которую обеспечивает система электропитания, а теплоаккумулирующую насадку кауперного подогревателя 2 - до требуемой температуры. Открывают клапаны 11 и 12, включают вспомогательный подогреватель 10 и пропускают газ, разогретый во вспомогательном подогревателе 10, через кауперные подогреватели 2, 9 и дополнительно разогревают теплоаккумулирующую насадку дополнительного кауперного подогревателя 9 до максимальной температуры T, которая близка к температуре газа, поступающего от вспомогательного подогревателя 10, и которая превышает требуемую температуру торможения. При этом средне-массовая температура теплоаккумулирующей насадки кауперного подогревателя 2 также возрастает, оставаясь в требуемых пределах. В момент достижения в дополнительном кауперном подогревателе 9 температуры T закрывают клапаны 11, 12, открывают клапаны 6, 7 и пусковое устройство 4. Рабочий газ, поступающий через кауперный подогреватель 2, разогревается в дополнительном кауперном подогревателе 9 до температуры Т, смешивается с холодным газом, поступающим через клапан 7, в камере смешения 3 и направляется в аэродинамическое сопло 5. Расходы газов, проходящих через клапаны 6, 7, таковы, что в камере смешения 3 устанавливается давление, равное давлению торможения, а в ядре потока после сопла 5 обеспечивается температура торможения.

При работе устройств по фиг.1, 2, 3 расход газа, проходящего через аэродинамическое сопло 5, превышает расход газа через кауперный подогреватель 2. Это превышение тем больше, чем меньше требуемая температура торможения по отношению к температуре Т.

Использование изобретения позволяет увеличить массу рабочего газа, которую можно использовать в устройствах без увеличения размеров кауперного подогревателя при температурах торможения потока, которые меньше максимальной температуры, до которой можно разогревать газ в кауперном подогревателе, и, следовательно, расширить область с большими числами Re в сторону уменьшения чисел М потока.

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано для получения гиперзвуковых потоков газа для аэродинамических исследований. Способ основан на разогреве сжатого рабочего газа с помощью кауперного подогревателя с последующим выпуском его через аэродинамическое сопло. При этом разогрев газа производят до температуры, которая превышает требуемую температуру торможения потока, а затем к разогретому газу перед подачей его в сопло подмешивают холодный газ в пропорции, при которой в ядре потока после сопла обеспечиваются параметры торможения. Устройство содержит кауперный подогреватель рабочего газа, пусковое устройство, аэродинамическое сопло и источник рабочего газа. Дополнительно оно снабжено камерой смешения горячего и холодного газов, установленной между подогревателем газа и пусковым устройством, либо снабжено дополнительным кауперным подогревателем, вспомогательным подогревателем газа и камерой смешения. При этом дополнительный кауперный подогреватель и камера смешения установлены последовательно между кауперным подогревателем и пусковым устройством, а вспомогательный подогреватель установлен параллельно с кауперным подогревателем между источником рабочего газа и дополнительным кауперным подогревателем. Также устройство может быть снабжено дополнительным кауперным подогревателем, вспомогательным подогревателем и камерой смешения, при этом дополнительный кауперный подогреватель и камера смешения установлены последовательно между кауперным подогревателем и пусковым устройством, а вспомогательный подогреватель подключен к выходу дополнительного кауперного подогревателя. Технический результат заключается в расширении области с большими числами Рейнольдса Re в сторону уменьшения чисел М гиперзвукового потока при работе в аэродинамических трубах кратковременного действия. 4 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Способ получения гиперзвукового потока для аэродинамических исследований, основанный на разогреве сжатого рабочего газа с помощью кауперного подогревателя с последующим выпуском его через аэродинамическое сопло, отличающийся тем, что разогрев газа производят до температуры, которая превышает требуемую температуру торможения потока, а затем к разогретому газу перед подачей его в сопло подмешивают холодный газ в пропорции, при которой в ядре потока после сопла обеспечиваются параметры торможения.2. Устройство для получения гиперзвукового потока для аэродинамических исследований, содержащее кауперный подогреватель рабочего газа, пусковое устройство, аэродинамическое сопло и источник рабочего газа, отличающееся тем, что устройство снабжено камерой смешения горячего и холодного газов, установленной между кауперным подогревателем газа и пусковым устройством.3. Устройство для получения гиперзвукового потока для аэродинамических исследований, содержащее кауперный подогреватель рабочего газа, пусковое устройство, аэродинамическое сопло и источник рабочего газа, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительным кауперным подогревателем, вспомогательным подогревателем газа и камерой смешения, при этом дополнительный кауперный подогреватель и камера смешения установлены последовательно между кауперным подогревателем и пусковым устройством, а вспомогательный подогреватель установлен параллельно с кауперным подогревателем между источником рабочего газа и дополнительным кауперным подогревателем.4. Устройство для получения гиперзвукового потока для аэродинамических исследований, содержащее кауперный подогреватель рабочего газа, пусковое устройство, аэродинамическое сопло и источник рабочего газа, отличающееся тем, что устройство снабжено дополнительным кауперным подогревателем, вспомогательным подогревателем и камерой смешения, при этом дополнительный кауперный подогреватель и камера смешения установлены последовательно между кауперным подогревателем и пусковым устройством, а вспомогательный подогреватель подключен к выходу дополнительного кауперного подогревателя.