РАБОЧАЯ ЧАСТЬ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЫ Российский патент 2015 года по МПК G01M9/04 

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано при проведении испытаний в трансзвуковых аэродинамических трубах.

При создании аэродинамических труб (АДТ) остро стоит проблема влияния границ потока на точность эксперимента. Ранее она решалась простым увеличением размеров (диаметров) рабочей части, что существенно удорожало аэродинамический эксперимент. Особенно остро проблема влияния границ потока стоит в АДТ с околозвуковыми скоростями. Ее решением стало применение перфорированных рабочих частей (см. Сборник работ по взаимодействию сверхзвуковых потоков с перфорированными границами. БНИ ЦАГИ, 1961). Полупроницаемые стенки с перфорацией в виде круглых отверстий или щелей позволяют во многом решить проблемы влияния границ потока. Однако применение перфорированных рабочих частей породило новую проблему - увеличение шума рабочего потока, который искажает картину обтекания моделей. Это касается перехода ламинарного течения в турбулентное, развития пограничного слоя и еще целого ряда других тонких явлений.

Борьба с фоновым шумом в АДТ стала одной из важнейших задач современной экспериментальной аэродинамики. Акустические возмущения вызываются разными причинами и прежде всего системой привода. Кроме того, турбулентный пограничный слой на перфорированных стенках аэродинамической трубы генерирует флуктуации давления и является очень важным источником шума. В случае перфорации значительные акустические возмущения проникают в рабочий поток также из камеры давления, окружающей рабочую часть. Круглая перфорация обладает свойством генерировать краевой тон. Вносит акустические возмущения в поток и державка испытываемой модели. Значительную долю в акустические возмущения в рабочей части вносит шум диффузора, особенно при умеренных дозвуковых числах Маха, а в случае замкнутой трубы, возмущения от диффузора, через обратный канал, могут доходить до рабочей части также.

Известно устройство для снижения фонового шума в перфорированной рабочей части аэродинамической трубы (Патент США №3952590, МПК G01M 9/04, НКИ 73-147, 1976 г.), содержащее сетку, установленную на регулируемой перфорированной стенке со стороны рабочего потока. Это техническое решение принято за прототип.

Недостатком данного технического решения является сложность конструкции и неблагоприятное влияние сетки в рабочем потоке на ряд параметров его течения. В больших аэродинамических трубах сетки на перфорации на стороне потока мешают монтажу моделей, весов и других измерительных устройств в рабочей части. Поэтому сетки на стороне рабочего потока практически не применяются.

Задачей и техническим результатом настоящего изобретения является модернизация перфорированной рабочей части для уменьшения в ней шума и устранения неблагоприятного влияния сетки на течение газа в рабочем потоке.

Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в рабочей части аэродинамической трубы, включающей камеру давления, перфорированные стенки на границах потока и шумоглушащие сетки, шумоглушащие сетки с проницаемостью 5-70% размещены на неомываемой рабочим потоком стороне перфорированных стенок.

Решение задачи и технический результат достигаются также тем, что в рабочей части аэродинамической трубы, включающей камеру давления, перфорированные сдвигаемые стенки на границах потока и шумоглушащие сетки, шумоглушащие сетки с проницаемостью 5-70% размещены между сдвигаемыми относительно друг друга стенками регулируемой перфорации.

На фиг.1 показан вариант конструкция предлагаемой рабочей части с сетками, установленными на неомываемой потоком стороне нерегулируемой перфорированной стенки.

На фиг.2 показан вариант конструкция предлагаемой рабочей части с сетками, размещенными между сдвигаемыми относительно друг друга стенками регулируемой перфорации.

На фиг.3 показано снижение шума в результате применения предлагаемого изобретения (экспериментальные данные).

Описание вариантов конструкции предлагаемой рабочей части. Вариант с нерегулируемой перфорированной стенкой приведен на фиг.1. На стенке 1 на стороне, не обтекаемой рабочим потоком, размещена сетка 2 из металла или другого материала. Проницаемость сетки (отношение площади свободной поверхности к площади общей поверхности) может меняться в пределах 5-70% с положительным результатом.

В настоящее время наиболее распространена конструкция рабочей части с регулируемой проницаемостью перфорации за счет сдвигаемых относительно друг друга стенок. В варианте регулируемой проницаемости границы (фиг.2) сетка 2 в предлагаемой рабочей части располагается между сдвигаемыми стенками 1 и 3. При создании регулируемой перфорации (фиг.2) большое внимание обычно уделяется предупреждению протекания воздуха в щели между сдвигаемыми стенками. Размещение в этом месте тонкой сетки из мягких материалов (медь, латунь, карбон) позволяет создать здесь надежное лабиринтное уплотнение.

На фиг.3 приведены результаты экспериментального исследования фонового шума до и после установки сетки в варианте предлагаемого устройства (фиг.2). Установка сетки снизила фоновый шум на Δ (дБ)=5-10 децибел. С учетом логарифмической шкалы пульсаций давления в (дБ) на фиг.3 интенсивность шума (пульсаций давления в Па) снизилась в 2-3 раза (P/P₀=10^{Δ (дБ)/20}. Наибольшее снижение шума имеет место при числах Маха M=0,7-0,8, которые являются самыми востребованными для трансзвуковых аэродинамических труб. Испытания также подтвердили факт снижения фонового шума при установке сеток с разными коэффициентами проницаемости.

Как указывалось, в случае перфорации значительные акустические возмущения исходят из камеры давления, окружающей рабочую часть. Сетка в отверстиях перфорации препятствует распространению возмущений в камеру давления и обратно. Особенно ценно, что сетка мешает возникновению в системе рабочая часть - камера давления резонансных явлений, которые и являются по-видимому основной причиной всплеска пульсаций давления в области чисел Маха 0,7-0,8 во всех аэродинамических трубах.

Предлагаемая конструкция перфорированной стенки проста и легко реализуема в любой аэродинамической трубе. Особенно она эффективна в случае регулируемой перфорации со сдвигаемыми стенками, которые широко применяются в современных трансзвуковых аэродинамических трубах. Расположенная между пластинами сетка удобна и практически незаметна, но успешно снижает шум, не оказывая неблагоприятного влияния на основное пристеночное течение газа в рабочей части.

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано при проведении испытаний в трансзвуковых аэродинамических трубах. Рабочая часть аэродинамической трубы включает камеру давления, перфорированные стенки на границах потока и шумоглушащие сетки. При этом шумоглушащие сетки с проницаемостью 5-70% размещены на неомываемой рабочим потоком стороне перфорированных стенок. Технический результат заключается в снижении фонового шума и устранении неблагоприятного влияния сетки на течение газа в рабочем потоке в трубе. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.

1. Рабочая часть аэродинамической трубы, включающая камеру давления, перфорированные стенки на границах потока и шумоглушащие сетки, отличающаяся тем, что шумоглушащие сетки с проницаемостью 5-70% размещены на неомываемой рабочим потоком стороне перфорированных стенок.

2. Рабочая часть аэродинамической трубы, включающая камеру давления, перфорированные сдвигаемые стенки на границах потока и шумоглушащие сетки, отличающаяся тем, что шумоглушащие сетки с проницаемостью 5-70% размещены между сдвигаемыми относительно друг друга стенками регулируемой перфорации.