Способ исследования распределения температуры по поверхности модели в вакуумной аэродинамической трубе периодического действия, преимущественно криогенного типа Советский патент 1981 года по МПК G01K11/12 G01K11/20 G01K17/00 

(54) СПОСОБ ИССЛЕДОВАНИЯ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ТЕМПЕРАТУРЫ ПО ПОВЕРХНОСТИ МОДЕЛИ В ВАКУУМНОЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЕ ПЕРИОДИЧЕСКОГО ДЕЙСТВИЯ, ПРЕИМУЩЕСТВЕННО КРИОГЕННОГО ТИПА Изобретение относится к области экспе риментальной аэродинамики, в частности, к способам исследования распределения температуры по поверхности модели при воздействии потока газа. Известен способ fl } исследования аэродинамического нагрева модели, заключающийся в нанесении на модель термоиндикаторного покрытия, размещении модели в аэродинамической трубе в стационарном воздушном потоке и фиксировании изменения цвета термоиндикаторного покрытия. Однако указанный способ невозможно использовать при криогенных температурах. Из известных наибопее близким по технической сущности к предложенному является способ 21 определения местных тепловых потоков с помощью термоиндикаторных покрытий, заключающийся в нанесении термоиндикаторного покрытия на модель и регистрации интенсивности его свечения при воздействии п отока газа и ультрафиолетового облучения. При нагревании модели на ее поверхности образуются области, в которых произошло изменение цвета термоиндикатора. Границей этих областей является изотерма, температура вдоль которой известна и равна температуре изменения цвета. Под воздействием потока покрытие испаряется. Для восстановления покрытия модель извлекают из аэродинамической трубы и после нанесения покрытия вновь устанавливают в трубу, при этом восстановление вакуума в аэродинамической криогенного типа связано с большими энергетическими затратами на охлаждение .трубы, что является недостатком известного способа. Целью настоящего изобретения является снижение энергозатрат на исследования. Указанная цель достигается тем, что устанавливают модель в трубе, охлаждакл ее до температур 1О-100 К и наносят на модель обдувом термоиндикаторное покрытие, регистрируют температуру, на8гревают модель до температуры испарения покрытия, а в качестве термоиндикаторного покрытия используют конденсат азота. Способ исследования распределения температуры по поверхности модели может быть реализован в аэродинамической вакуумной трубе периодического действия криогенного типа, схема которой представлена на чертеже. Она содержит криогенные панели 1, сопло 2, исследуемую модель 3 с трубопроводом 4 для подачи хлад агента и подогревателем 5, систему емкостей с различными термоиндикаторными веществами 6 и устройство 7 для нанесоиия термоиндикаторного вещества на поверхиость модели 3, возбудитель сечения 8 термоиндикаторных веществ в виде, например, ртутных ламп и фоторегистрируюшую аппаратуру 9. Осуществляется способ следующим образом. Модель 3 устанавливают в вакуумной аэродинамической трубе, создают вакуум с помощью насосов и криогенных панелей 1, охлаждаемых жидким гелием, охлажда)от модель 3, например, жидким азотом и;ш гегшем, подаваемым по трубопроводу 4, до температуры 1О-100 К, наносят на поверхность модели 3 термонндикаторное покрытие толщиной не более 0,0-1 мм путем обдува из устройства 7 термоиндикаторным веществом, хранящимся в емкости 6, включают возбудитель свечения 8 термоиндикаторного покрытия, подают рабочий газ в сопло 2, воздействуют на модель в течение 3-10 с потоком газа, истекающего из сопла 2 с заданной скоростью и температурой, одновременно аппаратурой 9 регистрируют распределение температуры по интенсивности свечения тормоиндикаторного покрытия, после чего модель 3 нагревают до температуры испарения остатков покрытия, а далее цикл повторяют при новых заданных режимах обтекания модели 3, не извлекая модель из .вакуумной трубы и не останавливая ее. При осуществлении способа в качестве термоиндикаторных веществ используют азот, углекислый газ и другие газы, име ющие низкую температуру плавления конденсата в диапазоне температуре 6О-2ОСГ К что позволяет в эксперименте уменьщить величину переходного времени, в течение которого модель от начальной температуры нагревается до температуры плавления кондрнсата. При ограниченном времени ра боты криогенных труб периодического дей 14 ствия (3-10 с) уменьшение времени переходного процесса имеет существенное начение. Для образования на модели термоиндикатррного покрытия в виде конденсата необходимо, чтобы температура плавления конденсата была не меньще температуры модели. В свою очередь, температура модели выбирается такой, чтобы выполнялось условие теплового подобия при обтекании ее внещним потоком. Коэффициент подобия определяется величиной, равной отношению температуры модели Т к температуре торможения потока 1. Этот параметр для реальных условий составляет 0,01. В лабораторных условиях получение величины параметра подобия на уровне 0,01 возможно при высоких температурах торможения потока Т 10ОО2000 К и низких температурах модели Tj 10-20 К. Следовательно, минимальная температура плавления термоиндика- торного покрытия должна быть более 20 К. Конденсат азота, имеющий температуру плавления в вакууме 63 К можно исполь- эовать в качестве термоиндикаторного покрытия. Толщина покрытия должна быть порядка глубины проникновения в покрытие ультра4я1олетового излучения, которая обычно не превышает величину 0,01 мм. Увеличонис толщины покрытия ведот к увеличению времени переходного рабочего процесса и к дополнительным затратам энергии на испарение избыточной массы покрытия. При использовании способа исследования распределения температуры по поверхности модели существенным является экономия энергии, затрачиваемой на охлаждение вакуумной аэродинамической трубы криогенного типа. Уменьшение энергетических затрат обеспечивается тем, что при смене режима работы трубы после каждого пуска модель из трубы не извлекают, благодаря чему затраты азота на охлаждение трубы уменьшаются, при этом также снижаются затраты времени на подготовку каждого пуска. Формула изобретения 1. Способ исследования распределения .температуры по поверхности модели в вакуумной аэродинамической трубе периодического действия, преимущественно, криОгенного типа, заключающийся в нанесении термоиндикаторного покрытия на и регистрации интенсивности его све58воздействии потока газа и ульт чекия при рафиолетового облучения, отли ч а ю - ш и и с я тем, что, с целью снижения энергозатрат на исследования, устанавливают модель в трубе, охлаждают ее до температуры 10-1 ОСТ К и наносят на модель обдувом термоиндикаторное покрытие регистрируют температуру, нагревают модель до температуры испарения покрытия. 2, Способ по п. 1, отличающийся тем, что в качестве термоиидикаторного покрытия используют конденсат азота. ffSoyyy gff

/ fffff/ 81 Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Абрамович Б. Г. Термоиндикатсч и их применение, М., Энергия, 1972, С. 171. 2.Боровой В. Я.,Давлетч-Кипвдеев Р. 3. и Рыжкова М. В., Об особенностях теплообмена на поверхности некоторых несущих тел при больщих сверхзвуковых скоростях. - Механика жидкостей и газов № 1, 1968 (прототип). /аадаг.ент