Сверхзвуковая аэродинамическая камера для учебных целей Советский патент 1981 года по МПК G09B23/12 G01M9/00 

(54) СВЕРХЗВУКОВАЯ АЭРОЛИ1Ь МИЧКСЮ.Я KAMFLPA ДЛЯ УЧЕБНЫХ ЦКЛ1Й

Изобретение относится к учебным пособиям, используемым при изучении сверхрвуковьк поздушно-реактивных двигателей (ВРД), в частности при изучении теории входных и выход ных устройств.зтих двигателей. Известно устройство обратной свя зи системы управления регулируемого сопла, содержащее плоское сопло с верхней подвижной стенкой, расположенной с зазором между двумя параллельными непрозрачными боковыми стен ками и кинематически связанной с сис темой управления l. Известен также плоский, регулируемый диффузор аэродинамической уст новки с поворотными панелями, установленными с зазором между боковыми непрозрачными стенками, причем их хвостовые части связаны с механизмом управления панелями, состоящим из хо дового винта и гаек 2. Недостатком известных диффузоров является выполнение его с непрозрачными стенками, что не обеспечивает визуализацию воздушного потока внутри диффузора. Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности .является сверхзвуковая аэродинамическая труба с закрытой рабочей частью, предназначенная для учебных целей. Труба содержит сверхзвуковое сопло Лаваля и мо- дель сверхзвукового входного диффузора воздушно-реактивного двигателя с плоскими непрозрачными боковыми стенками, установленные в корпусе со съем ными монтажными люками. Для проведения испытаний при различных числах М имеются парные сменные вкладьши сопла, профил-ированные в вертикальной плоскости, для замены которых необходимо отключит..установку и снять, монтажные люки. В вертикальных cTenijax. трубы установлены смотровые окна, позволяющие визуализировать внешнююкартину потока между соплом и диффузором з. Однако известная аэродинамическая установка не позволяет демонстрировать внутреннюю часть потока как в сопле, так и в диффузоре от передней их кромки до критического сечения и далее по потоку. Кроме того, она не позволяет демонстрировать внутренний спектр потока при изменении его скорости, температуры и давления набегающего потока, а также при различных способах регулирования моделей сверхзвуковых входных диффузоров ВРД. Цель изобретения - визуализация спектра потока на переходных режимах работы при изменении аэродинамических параметров, а также расширение эксплу атационных возможностей путем обеспечения регулирования сопла и диффузора в процессе эксперимента. Поставленная цель обеспечивается тем, что в сверхзвуковой аэродинамической камере для учебных целей, содержащей установленные в корпусе, .имеющем плоские боковые стенки, сопло Лаваля и модель сверхзвукового входного диффузо ра воздушно-реа.ктивного двигателя с ПЛОСК1Ф1И боковыми стенками, между которыми расположены профилированные в вертикальной плоскости две другие сте ки, согласно изобретению боковые стен ки сопла и диффузора выполнены прозра ными за одно целое с боковыми стенками корпуса, а, по крайней мере, одно из двух профилированных в вертикальной плоскости стенок сопла и диффузора установлена t возможностью регулировки ее положения в вертикальной пло кости. На фиг. 1 изображена описываемая к мера, общий вид; на фиг. 2 - сечение А-А на фиг. I; на фиг. 3 - колодки ка меры с панелями; на фиг. 4 - узел, на правляющий рейку верхней панели диффузора, на фиг. 5 - механизм перемещения панели диффузора Сверхзвуковая аэродинамическая камера содержит прозрачные боковые стен ки 1, верхнюю 2 и нижнкяо 3 колодки, нижнюю нерегулируемую панель 4 сопла Лаваля выполненную за одно целое с колодкой 3, верхнюю упругую, регулируемую b .процессе эксперимента панель 5 сопла, консольно вьшолненную за одно целое с колодкой 2jрегулировочный винт панели 6, нижнюю нерегулируемую панель 7 диффузора, поворотный хвостовик 8 панели 7, регулировочный вин 9 хврстовика 8, отверстия для замера статических и полных давлений рабо44чего тела по длине сопла и диффузора 10, верхнюю регулируемую в процессе эксперимента II диффузора, механизм 12 продольного перемещения панели, регулировочные винты 13-15 поперечного перемацения и поворота панели, резьбу 16 для соединения панели 11 с перемещающей ее рейкой17, винтограничитель 18 рейки, стяжные болты 19 камеры, проставки 20, по толщине равные прозрачным стенкам 1, боковые щеки 21, прижимающие стенки 1 к колодке 3 с неподвижными панелями 4 и 7, смотровые окна 22 в щеках 21, прокладку 23 между стенками 1 и щеками 21, передний фланец 24 крепления камеры к системе подвода рабочего тела, задний фланец 25 крепления камеры к системе выпуска рабочего тела с механизмом перемещения верхней панели диффузора 12, отверстия 26 во фланцах под винты крепления их к колодкам ,и щекам, резьбовые отверстия 27 и 28 соответственно в колодках 2 и 3 и в щеках 21 для крепления фланцев 24 и 25 к колодкам 2 и 3, и щекам 21, резиновые уплотнительные прокладки 29 под фланцы 24 и 25, винты 30 крепления фланцев 24 и 25 к камере. . Камера устройства представляет собой плоский канал, боковые стенки 1 которого выполнены прозрачными и расположены параллельно друг, другу. Верхняя и нижняя стенки представляют собой профилированные в вертикальной плоскости панели 4, 5, 7 и II, придающие необходимую меридиальную форму проточной части канала. В передней части камеры расположено сопло Лаваля, панели которого выполнены за одно целое с колодками 2 и 3. Нижняя профилированная панель 4 жесткая неподвижная, а верхняя 5 - консольная, упругая , гибкая, обеспечивающая регулирование сопла регулировочным винтом 6. За соплом последовательно установлена модель сверхзвукового входного диффузора. Его нижняя панель .7 жесткая, неподвижная, выполнена за одно цехюе с колодкой 3. К панели 7 щарнирно прикреплена ее поворотная хвостовая часть 8, служащая для регулирования винтом 9 давлейия (расхода воздуха) на вькоде из диффузора-. Между панелью 7 .и, колодкой 3 имеются-фрезерованные полости, служащие для прохода воздуха, омывающего панель снаружи и исключаюющие запирание камеры. Жесткие неподвижные панели 4 и 7 со.пла и диффузора дренированы отверстиями 10 для измерения статических и полных давлений по длине проточной части камеры. Для обеспечения параллельности боковых граней колодок 2 и 3 и панелей 4, 5, 7 и 11 а, следовательно, одинаковой ширины всей проточной части камеры, боковые грани после окончательного изготовления и профилирования панелей подвергаются совместной обработки на плоскошлифовальном станке с мелкозернистым кругом до 9-10 класса точности. После этого на боковых поверхностях верхней консольной панели сопла и поворотного хвостовика нижней панели диффузора с двух сторон снимается по 0,015-0,025 мм, что позволяет им перемещаться в процессе регулирования без больших потерь давления рабочего тела. Колодки 2 и 3 выполняются на 1,5-2 мм длиннее расчетной длины проточной части камеры.

Верхняя панель 11 диффузора с заостренно передней кромкой имеет с внутренней стороны профилированную выпуклость, образующую в собранном . виде камеры горловое проходное сечение диффузора. Эта панель выполнена отдельно от колодки 2 и в процессе эксперимента может перемещаться регулировочным механизмом 12 вдоль потока, поперек к нему (винтами 13-15) и изменять угол наклона, т.е. поворот потока (теми же винтами 13-15/. Это позволяет в процессе эксперимента устанавливать расчетный режим работы диффузора при различных скоростях набегания потока и выводить его из расчетного режима. Панель имеет на одном конце резьбу 16 для соединения г перемещающей ее рейкой 17 с ограничителем 18. После окончательного изготовления и профилирования панели 11 ее боковые грани обрабатываются на плоскошлифовальном станке с ме17козернистым кругом так, чтобы ее толщина была на 0,025-0,рЗОм меньше толщины колодок, т.е. ширины проточной части камеры. Затем боковые поверхности этой панели обрабатываются на притирочной плите с пастой до 12-14 класса чистоты. Все панели и колодки выполняются из упругой стали, дюраля Д- или латуни.

Боковые стенки 1 выполнены из шлифованного стекла, без царапин, включений и повреждений. Длина стекол должна быть равной расчетной длине камеры. Ширину стекол нужно выполнять с учетом заданной ширины камеры, стяжные болты которой 19 должны проходить через проставки 20, по толщине, равные толщине стекол I, Стекла изготавливаются црямоугольными плоскопарагшельными, их торцы пшифуются, фаски чисто снимаются на всех длинных сторонах для предупреждения концентрации напряжений при сборке камеры. На коротких сторонах каждого стекла.снимается по одной глубокой фаске и только посредине стекла - в области перемещения верхней панели 11 входного диффузора. Эти фаски необходимы дпя облегчения ввода пан€ ли в проточную часть камеры ( при сборке) , без повреждения передней острой кромки. В середине щек прорезаются прямоугольные удлиненные вдоль камеры окна 22 для визуального наблюдения за проточной частью, Проставки 20 и щеки 21 должйы иметь ширину, соответствующую ширине камеры, а длину - на 1,5-2 мм больше ее расчетной длины.

При сборке пакета камеры между колодками 2 и 3 с панелями 4, 5, 7 и 11 и стеклами 1 уплотнительные прокладки не устанавливаются. Между стеклами 1, проставкамй 20 и щеками 21 размещаются толстые бумажные прокладки 23. Это обеспечивает равномерное распределение нагрузки на стекла при сжатии пакета болтами 19. В окончательно собранном виде пакет обрабатывается по торцам до стекол 1. К торцам ,пакета монтируются передний 24 и задний 25 фланцы с проточными окнами и закрепляются винтами с потайными головками.

Камера крепится на установке.передним фланцем к трубопроводу подвода воздуха, а задним - к системе отвода воздуха с узлом, направляющим рейку 17 ( фиг. 4) подвижной панели диффузораи механизме ее перемещения (фи 5J.

Камера работает совместно с оптическим прибором типа ИАВ-451 или другими, пoзвoляющи ш фиксировать лииии скачков и волн отражения, возникающих при торможении сверхзвукового потока .

Камера работает следующим образом.

Включают и настраивают оптическую систему прибора. При этом вся проточная часть сопла и диффузора должна 7 находиться в поле видимости прибора. Закрепляцот пя жране лист белой прозрачной бумагии, затемнив помещение фокусируют на нем изображение проточ ной насти камеры. Включают агрегаты подачи воздуха и устанавливают перепад давлений до и прела камеры, равный приблизительн трем. При достижении стабильности по тока (по температуре и давлению) регулировочным винтом 6 устанавливают расчетный режим работы сопла Лаваля. При этом статическое давление на сре зе сопла должно быть близким к давле нию в выпускной системе. Регулировочным механизмом 12 уста навливают верхнюю панель I1 диффузор так., чтобы ее передняя кромка находи лась вблизи среза сопла (в ромбе изг мврений). Регулировочным винтом 9 открывают выходное сечение диффузора Регулировочными винтами 13-15 и меха низмом 12, изменяя величину проходного сече:Ния горла и угла скоса потока, осуществляют запуск диффузора, характеризующийся появлением косого скачка, направленного от передней кромки верхней панели 11 к кромке ни ней панели 7, волн отражения и замыкающего прямого скачка, располрженно го между горлом и выходным сечением. На листе бумаги, закрепленном на экране, обрисовывают контуры входного диффузора и проводят линии косого скачка, волн отражения и прямого замыкающего скачка. Одновременно за.писыБают значения полных давлений на входе в диффузор (перед системой скачков; и на выходе (за скачками). Результаты заносят в таблицу. Уменьшая величину площади выходного сечения диффузора, регулировочным винтом 9 перемещают прямой замыкающий скачок от вькодного сечения к горлу и дальше вплоть до его выбивания и превращения в головную волну Для 5-6 положений прямого скачка записывают значения полных давлений на входе и на выходе. Устанавливают еще 2-3 более высоких значения перепадов давлений на камере. 1ри этом каждый раз повышением степени ущирения сопла Лаваля ( регулировочным винтом 6) осуществля ют полное расширение газа и увеличивают скорость набегакйдего потока. Дальнейшее регулирование диффузора., зарисовки на бумаге экрана и снятие показаний приборов осущесТ4вляются в описанной вьше последовательности. В процессе выполнения работы визуально наблюдают влияние изменения температуры набегающего потока (изменение приведенного расхода) на устойчивость работы входного диффузора. Демонстрируют неустойчивую работу диффузора помпаж). По опытным данным приближенно можно определить коэффициент восстановления полного давления. Предлагаемое изобретение имеет следующие преимущества: 1.Вследствие прозрачности плоских боковых стенок сопла Лаваля и модели сверхзвукового входного диффузора ВРД представляется возможность на всех режимах работы наблюдать и фотографировать спектры течений. 2.Подвижные верхние панели камеры позволяют обеспечить регулирование сопла и диффузора в процессе эксперимента от запуска до полного выключения установки. Боковые зазоры подвижных панелей 0,025-0,30 мм не вызывают больших потерь массы рабочего тела и его давления и не нарушают закономерностей течений. 3.Прозрачные, регулируемые в процессе эксперимента сопло Лаваля и входной диффузор дают возможность иллюстрировать все сложные физические процессы: протекающие при торможении сверхзвукового потока в плоских входных устройствах ВРД, что эффективно способствует изучению теории этих устройств. Формула изобретения Сверхзвуковая аэродинамическая камера для учебных целей, содержащая установленные в корпусе, имеющем плоские боковые-стенки, сопло Лаваля и модель сверхзвукового входного диффузора воздушно-реактивного двигателя с плоскими боковыми стенками, между которыми расположены профилированные в вертикальной плоскости две другие стенки, отличающаяся тем, что, с целью визуализации спектра потока на переходных режимах работы при изменении аэродинамических параметров, а тякже расширения эксплуатационных возможностей, боковые стенки сопла и диффузора выполнены прозрачными за одно це-

лое с боковыми стенками корпуса, а по крайней мере, одна из двух профилированных в вертикальной плоскости стенок соп-ла и ди узора установлена с возможностью регулировки ее положения в вертикальной плоскости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

875444

10

Фиг.

Фut.5