Поршневая газодинамическая установка Российский патент 2021 года по МПК G01M9/00 G01M15/14 

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности, к поршневым газодинамическим установкам.

Известна поршневая газодинамическая установка, которая состоит из закрепленного на фундаменте ствола, с расположенными в его противоположных концах плунжерами, закрепленными на подвижной платформе, в полости ствола размещен свободный поршень, а в боковой стенке ствола выполнены каналы, один из которых соединен с баллоном высокого давления, а другой - с форкамерой (авт. свид. №498841 от 05.09.74 г.). Недостатком такой конструкции является то, что плунжер, размещенный со стороны форкамеры, в процессе сжатия модельного газа перемещаясь в стволе, может, в зависимости от режима, перекрыть канал, соединяющий полость ствола с форкамерой, что ограничивает диапазон режимов работы установки, и, как следствие, моделируемых в установке параметров модельного потока.

Известна также поршневая газодинамическая установка, содержащая ствол с размещенными в нем свободным поршнем и плунжерами, установленными по концам ствола и соединенные между собой посредством подвижной платформы, баллон, форкамеру, при этом в стволе выполнены каналы, один из которых соединяет полость ствола с баллоном, а другой - с форкамерой, в последнем установлен обратный клапан, управляемый пневмоцилиндром (авт. свид. №1301105 от 01.12.86 г.). Данное устройство предназначено для реализации способа адиабатического сжатия газа, при котором предварительно сжатый поршнем газ перепускают в аккумулирующие емкости, затем возвращают его в полость ствола и повторно осуществляют его изоэнтропическое сжатие в полости ствола. Данное техническое решение позволяет существенно расширить диапазон моделируемых параметров модельного газа, однако, не нашло широкого применения из-за сложности внедрения.

Рассмотренное последним техническое решение является наиболее близким к заявленному предложению аналогом устройства и выбрано в качестве прототипа.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявленное изобретение, является ограниченный диапазон режимов работы установки.

Технический результат, достигаемый изобретением, заключается в том, что при заданных габаритах установки достигается возможность широкого варьирования режимов ее работы, параметров модельного потока и продолжительности эксперимента за счет возможности регулирования относительного расстояния между плунжерами.

Этот результат достигается тем, что в поршневой газодинамической установке, состоящей из закрепленного на фундаменте ствола с размещенными в нем свободным поршнем и установленными по концам плунжерами, соединенными между собой подвижной платформы, баллона высокого давления и форкамеры, соединенной с соплом, источника модельного газа, соединенного с полостью ствола, при этом в боковой стенке ствола выполнены каналы, один из которых соединяет полость ствола с баллоном высокого давления и снабжен запорным клапаном, а другой - полость ствола с форкамерой и снабжен обратным клапаном, управляемым пневмоцилиндром, введено устройство регулирования относительного положения плунжеров в стволе. Как вариант, устройство регулирования положения плунжера выполнено в виде имеющей привод винтовой пары, связывающей плунжер и подвижную платформу. Как вариант, подвижная платформа выполнена составной, с возможностью регулирования ее длины.

В частных случаях, в конкретных формах выполнения или при особых условиях использования изобретение характеризуется наличием регулирующего устройства фиксации одного из плунжеров относительно другого.

Существо предложения поясняется фигурами 1 и 2, где изображена поршневая газодинамическая установка содержащая ствол 1 со свободным поршнем 2 и плунжерами 3, 4, установленными по концам ствола и закрепленными на подвижной платформе 5, источник модельного газа 6, баллон толкающего газа 7, снабженный запорным клапаном 8 и соединенный с полостью ствола каналом 9 подвода толкающего газа в запоршневую полость 10, устройство ограничения 11 начального положения поршня и подвижной платформы, форкамеру 12, снабженную соплом 13, обеспечивающим поток модельного газа для аэродинамических испытаний, и соединенную с полостью ствола каналом 14 с установленным в нем управляемым пневмоцилиндром обратным клапаном 15, узел регулирования 16 (фиг.1) начального положения плунжера или узел регулирования 17 (фиг.2) длины подвижной платформы

Параметры модельного газа регулируются путем задания начального давления в баллоне высокого давления (Р_б), начального давления модельного газа в полости ствола (Р_с), начального давления пневомцилиндра, управляющего обратным клапаном (Р_к), а также начального положения плунжера, расположенного со стороны форкамеры (Δ) относительно канала 11. Данные параметры определяют режим работы установки.

Устройство работает следующим образом:

Поршень и подвижная платформа находятся в начальном положении, определяемом устройством ограничения их начального положения. В полость ствола из источника подают модельный газ с заданным давлением (Рс). В баллоне высокого давления находится толкающий газ с заданным давлением (Рб). Пуск поршня производится путем открытия запорного клапана, при этом поршень под действием давления толкающего газа движется в положительном направлении, в сторону форкамеры, сжимая модельный газ. Подвижная платформа из-за силы, действующей на плунжер, размещенный со стороны баллона высокого давления, движется в противоположную сторону. Плунжер, размещенный со стороны форкамеры, движется навстречу поршню, осуществляя дополнительную работу сжатия модельного газа. При достижении сжимаемым в стволе модельным газом заданного пневмоцилиндром уровня давления (Рк) срабатывает управляемый обратный клапан и происходит импульсное заполнение форкамеры. При заполнении форкамеры, в неизоэнтропном процессе происходит рост температуры модельного газа. Поток модельного газа с необходимыми параметрами обеспечивается соплом при истечении модельного газа из него.

Особенность заявленного предложения заключается в том, что при подготовке установки к запуску плунжер с помощью устройства регулирования устанавливают на полученном расчетным путем заданном расстоянии (Δ) от канала, соединяющего полость ствола с форкамерой, что определяет величину перекрытия им этого канала, при сжатии модельного газа.

Величина перекрытия канала в процессе сжатия модельного газа влияет на количество газа, поступающего в форкамеру, а значит на рост энтропии, что сказывается на температуре модельного потока. Устройство регулирования величины перекрытия канала позволит выбрать такой режим работы установки, при котором будет возможно поддержание постоянного расхода через обратный клапан в форкамеру, что позволит увеличить время эксперимента.

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике, в частности, к поршневым газодинамическим установкам. Установка содержит закрепленный на фундаменте ствол с размещенными в нем свободным поршнем и установленными по концам ствола плунжерами, соединенными между собой подвижной платформой, баллон высокого давления и форкамеру, соединенную с соплом, источник модельного газа, соединенный с полостью ствола. В боковой стенке ствола выполнены каналы, один из которых соединяет полость ствола с баллоном высокого давления и снабжен запорным клапаном, а другой - полость ствола с форкамерой и снабжен обратным клапаном, управляемым пневмоцилиндром. В установку введено устройство регулирования относительного положения плунжеров в стволе. Технический результат: возможность широкого варьирования режимов ее работы, параметров модельного потока и продолжительности эксперимента. 2 з.п. ф-лы, 2 ил.

1. Поршневая газодинамическая установка, содержащая закрепленный на фундаменте ствол с размещенными в нем свободным поршнем и установленными по концам ствола плунжерами, соединенными между собой подвижной платформой, баллон высокого давления и форкамеру, соединенную с соплом, источник модельного газа, соединенный с полостью ствола, при этом в боковой стенке ствола выполнены каналы, один из которых соединяет полость ствола с баллоном высокого давления и снабжен запорным клапаном, а другой - полость ствола с форкамерой и снабжен обратным клапаном, управляемым пневмоцилиндром, отличающаяся тем, что в нее введено устройство регулирования относительного положения плунжеров в стволе.

2. Поршневая газодинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что устройство регулирования положения плунжера выполнено в виде имеющей привод винтовой пары, связывающей плунжер и подвижную платформу.

3. Поршневая газодинамическая установка по п. 1, отличающаяся тем, что подвижная платформа выполнена составной, с возможностью регулирования ее длины.