Способ создания рабочего потока в аэродинамической трубе Советский патент 1992 года по МПК G01M9/00 

Изобретение относится к эксперимен- .тельной аэродинамике и может быть использовано при моделировании реальных условий ббтекания исследуемых .an- паратов.. .

Целью изобретения являeтqя расширение экспериментальных возможностей : путем изменения значения показателя адиабаты ЭД в диапазоне 1,15-1,67 при одновременном увеличении времени без-, кон енсатного течения газа.

На фиг.I пр1геедено устройство для осуществления способа; на фиг.2 да- нЫ значения эффективного показателя адиабаты воздуха от высоты Н; на фиг.3 дана зависит-юсть значения величины эффективного показателя адиабаты от мольной доли разгоняющего газа.

Устройство для реализации способа представляет собой установку адиабатического сжатия, включающую две линии сжатия и нагрева рабочего и . разгоняющего газов,. Линия сжатия и нагрева разгоняющего газа (гелия) со-, стоит из баллона 1 для толкающего газа, преимуп1естве11но воздуха, ствола 2 с перемещающимся в нем поршнем 3, стопорного устройства 4, форкаме- ры с запорно-регулирутщим 5, обратным 6 и запорно-пу( копьм 7 клапанами. Форкамера выполигня по двухкамерной схеме, причем пери-;я к.чмера содержит входной канал 8 и )у смешения 9 единичного удлшюпии, о п пыходном

бЬ

«(

сл

U96

сечении камеры пониженного давления , 10 устаиовлелп сопло П, Линия сжа- тип и нагрква рабочего газа (метана) состоит из баллона 12 для толкающего газа, ствола 13 со стопорным устройством 1А и поршнем 15в Занорно-регу- лирующий 16 н обратный 17 клапаны, установлены в промежуточной камере, соединенной трубопроводом 8 с поло- стыо первой камеры в районе входного канала 1

Способ реализуется следующим образом Для заданного режима работы установки находят (смеграфик, фиг,2) значение эффективного показателя адиабаты, соответствующее заданным условиям полета Зная начальное значение показателя адиабаты и температуру тормоясения газа (см.графшс, фиг.З),. находят мольную долю разгоняющего га- за В составе смеси. Исходя из требуе- мого времени о релсимного истечения газа с заданными начальньгми параметрами при заданной скорос ги истечения, определяют необходимое количест во смьси газов (G) в объеме Камеры смешения до начала процесса истечения газа

G.G.l

где G - секундньв массовый расход,

кг/с;

А постоянный коэ(1)фшшент, за- висящий от свойств смеси газов (длп смеси 0,2 кг Не 0,8 кг СН ,257); PJJ давление торможения, кг/м ; F площадь критического сече-

ния сопла, м J Tj, - температура торможения, К„ Далее определяют количество молей гелия и метана, запасаемых в камере смешения перед началом истечения, обеспечивающих начальное значение коэ(11(мдиента адиабаты определяют требуемый объем метана. По найденному количеству (массовому) смеси га- .зов в камере смешения, находят ее объ ем при заданных параметрах Р и Тд.

Установка работает-следующим образом.

Подают опорное давление в управ ляющие полости запорно -регулирующих клапанов 5 и 16 ( атм), заполняют стволы 2, 13 соответственно гелием до ,5 атм и метаном до Р

3,2 атм, фиксируют поршни 3,5 в стопорных устройствах 4, 14. Полости первой 8-9 и 10 второй камеры ва- куумируют для удаления из них остатт-. ков смеси рабочих газов, воздуха. В баллоны 1, 12 закачивают толкающий газ (воздух) до давления Р 78 атм и атм. С пульта управления установкой от системы синхронизации рабочего процесса подают команду на открытие стопорного устройства 14 и пуск поршня 15, которьй под :1дейст- вием толкающего газа перемещается по стволу 13 и сжимает, нагревая метан, до давления 2000 атм при 1200 К. После открытия запорно-регулирующего клапйна 16 мьтан дросселируется до давления 1000 атм и перепускается по трубопроводу 18 в полость первой камеры , где происходит дожатие с . повышением температуры до 1600К. Че-i- рез интервал времени, равный времени перемещения поршня по стволу 13 (примерно 0,07 с), от системы синхронизации подается команда на открытие стопорного устройства 4 и пуск поршня 3, который под действием толкающего газа из баллона 1 перемещается по стволу 2, сжимает, нагревая разгоняющий газ до 3200К при давлении 2000 атм, После открытия запорно-регулирующего клапана 5 гелий поступает в полость первой камеры, вытесняя метан i . по входному каналу 8 в объем камеры смешения 9, В этой камере, и только в ней, часть гелия перемешивается с метаном до достижения заданного начального значения показателя адиабаты смеси-, равного, например, 1,2, при этом за счет сжатия и -перемешивания метана с гелием в камере смешения температура смеси доводится до М900-2000К„ Во входном канале 8. аккумулируется остальной-запас гелия. После окончания роста давления смеси газов в полости первой камеры происходит открытие запорно-пускового клапана 7 и смесь газов из камеры смешения 9 вытесняется разгоняющим газом во вторую камеру, камеру пони-, женного давления 10, .где за счет до- жатия температура смеси повышается в % раз, т.е. до 2400К. , Далее вытесняемая разгоняющим газом смесь истекает через сопло 11, при этом в течение заданного времени исследуемый аппарат обтекаетсЛ рабочим потоком с ,2, а затем происходит повьш1ени6

значения показателя адиабаты рабочего потока до 1,67, тяк как через срп- по истекает разгоняющий газ. Текущее значение эффективного показателя адиабаты рабочего потока определяют по углу наклона ударной волны около эталонного конуса, фотографирование кот торого производят одновременно со снятием информации с исследуемого an- парата.

Способ создания рабочего потока в аэродинамической трубе позволяет варьировать в процессе эксперимента, зиа- чение эффективного показателя адиабаты в диапазоне 1,15-1,67 при одновременном увеличении времени безконден- сационпого течения рабочего газа за счет использования для создания рабочего потока остального запаса разгоняющего газа (гелия). Нижняя граница диапазона воспроизводимых значений эффективного показателя адиабаты, равная 1,15, обусловлена реальнь значением, реализуемым при полете.летательных аппаратов в атмосфере Земли с гиперзвуковыми скоростями.

5

0

5

Форму.м а изобретения

1 . Способ сопд.чиия рабочего по гокЪ в азродинамимсскоп трубе, осноппн- ньй на зайолненин форкамеры рабочим газом, сжатии и нагреве его путем подачи сжатого гелия и последующем истечении смеси из форкЛмеры через сопло, отличаю щийся тем, что, с целью расширения экспериментальных возможностей путем измене- ния значения показателя адиабаты в диапазоне 1,15-1,67 при одновременном увеличении времени бесконденсат- нога течения газа, в качестве рабочего газа используют метан, а подачу сжатого гелия осуществляют до достижения начального значения показателя адиабаты 1,15-1,4, после чего вытесняют полученнук смесь через сопло, подавая в форкамеру остальной запас гелия.

2. Способ по п. 1, отличающийся тем, что подачу гелия до начального значения показателя адиабаты производят при мольной доле последнего в составе смесн, равной 0,1-0,6.

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике и может быть использовано при моделировании реальных условий обтекания исследуе мых аппаратов. Целью изобретения яв ляется расширение экспериментальных возможностей путем изменения значения показателя адиабаты эе н диапазоне 1,15-1,67 при одновременном увеличении времени бесконденсатного течения газа. Для этого в качестве рабочего газа используют метан, а подачу сжатого гелия осуществляют до дог стижения начального значения показателя адиабаты 1,15-1 ,.4, после чего вытесняют полученную смесь Че- рез сопло, подавая в форкамеру остальной запас гелия. Кроме того, подачу гелия до начального значения показателя адиабаты производят при моль-и ной доле последнего в составе смеси равной 0,1-0,6. 1 з.п. ф-лы, 3 ил. Л

I 3

/2 Jff 15

7 Ш /;

IS оп /7

Фиг. 1

V

0.1 O.t 0:S O.ff as 0.6 9.7 О-в 9.S f.

фм