Способ исследования обтекания сферических тел Советский патент 1961 года по МПК G01L11/00 G01L9/08 

Для теоретической аэромеханики разреженного газа, а также для прикладной аэромеханики, связанной с движением тел в верхних слоях атмосферы, огромное значение имеет разработка методики экспериментальных работ в области сверхзвуковых течений со скольжением (при числах Кнудсена 0,1 до 1,0).

Предлагается новый способ экспериментального исследования стационарного обтекания сферических тел в ударных аэродинамических -рубах при сверхзвуковых скоростях в широком диапазоне чисел Кнудсена. Предлагаемая методика не затрагивает вопросов возбуждения З дарных волн или кратковременных (импульсных) сверхзвуковых потоков.

Способ заключается в том, что в поле электрического конденсатора «подвешивается капля веш.ества с низкой температурой плавления, которая является изучаемым сферическим телом, и методом скоростной фоторегистрации измеряют скорость и величину смещения капли. В качестве стационарного потока используется газовая пробка движущейся ударной волны, которая может быть дополнительно разогнана в сопле.

В качестве сферических тел должны быть выбраны тела таких размеров, при обтекании которых газовой пробкой реализовались бы течения с необходимыми числами Кнудсена. Размеры тел должны быть малы и составлять 10-100 мк. Предлагается использовать капли малого диаметра, получаемые при пульверизации жидкости (вода, масло, ртуть). Капли, получаемые таким способом, существуют в течение нескольких часов без изменений.

Работа установки, показанной на чертеже, происходит следующим образом.

Малые капли, полученные в камере / для распыления, впускаются в рабочую часть трубы, в которой расположены две пластины конден№ 140272- 2 сатора 2, на которых поддерживается потенциал, регулируемый посредством делителя 3 напряжения. Из множества капель варьированием напряжения на пластинах отсеивается одна капля 4 и производится тщательное измерение ее диаметра и «взвешивание по методу Милликэна. Затем капля «подвешивается на определенном уровне и производится «выстрел с синхронным включением скоростного фоторегистратора 5, фиксирующего изменение положения капли.

Метод измерения полного сопротивления, испытываемого моделью (каплей) при обтекании ее потоком, движущимся перед поршнем 6, очень прост. Пренебрегая областью, составляющей фронт волны, где существенны градиенты параметров, можно написать следующее уравнение движения капли где т - масса капли, F - сила сопротивления, функция чисел Маха

(Ж) и Рейнольдса (Re. При начальных условиях 0; имеют место решения

гпх F,.-r, тх F,.

где т - время воздействия газовой пробки на каплю.

Зная массу капли (т), скорость (х) и смещение (х) ее за время экспозиции т, нетрудно получить зависимость Ff f(M, Re), поскольку М Re для газовой пробки однозначно определяются при известной скорости ударной волны перед поршнем. На чертеже пунктиром изображено сопло 7. которым может быть снабжена ударная труба для получения больщих сверхзвуковых скоростей.

Размеры модели (капли) столь малы, что небольшое варьирование давления в низконапорной части ударной трубы дает существенное изменение характера течения по числу Кнудсена. В известных трубах достижение требуемых чисел Кнудсена связано с большим увеличением размеров труб и большими погрешностями измерений. Данная методика устраняет эти недостатки при высокой точности измерений, как показывают проведенные оценки погрешностей.

Предмет изобретения

Способ исследования обтекания сферических тел в ударных аэродинамических трубах при сверхзвуковых скоростях, отличаюшийся тем, что, с целью определения полного сопротивления модели в широком диапазоне чисел Кнудсена, в электрическое поле конденсатора, расположенного в рабочей части ударной трубы, путем распыления расплава вводят капли вещества с низкой температурой плавления и измеряют скорость и величину смешения указанных капель при помощи скоростной фоторегистрации.

тх PC