Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов - Афанасьев В.А.
ISBN 5-7035-0318-3
Скачать (прямая ссылка):
Каждое сверхзвуковое сопло рассчитано на получение определенного значения числа Маха на выходе, которое зависит от отношения площадей:
М = /
( Л
гсои J
142
Для получения нескольких значений числа Маха применяют сменные или регулируемые сопла. Такие сопла удобны в эксплуатации, но сложны в изготовлении. Применение регулируемых сопел удешевляет стоимость испытаний и увеличивает пропускную способность трубы.-
Рабочая часть сверхзвуковых труб в большинстве случаев закрытая. Внутренние поверхности рабочей части тщательно полируются.
Сверхзвуковой диффузор состоит из двух частей: начального сужающегося канала и следующего за ним расширяющегося участка трубы. В сужающейся части диффузора сверхзвуковая скорость газа постепенно снижается до звуковой за счет образования скачков уплотнения, затем дозвуковой поток попадает в расширяющуюся часть канала, где происходит дальнейшее торможение потока. Так как торможение сверхзвукового потока в системе косых скачков осуществляется с меньшими потерями, чем в прямом скачке, то и сверхзвуковую часть диффузора профилируют так, чтобы торможение осуществлялось в системе косых скачков уплотнения.
Гиперзвуковые трубы. В этих трубах для получения потока с числом М >5 необходимо в форкамере создать давление, превышающее давление в рабочей части в десятки тысяч раз, что обусловливает большие абсолютные значения давления в форкамере.
Получение необходимого перепада давлений можно обеспечить за счет разрежения в рабочей части, которое может быть достигнуто при помощи вакуум-камеры или применением многоступенчатого эжектора.
Если скорость потока в рабочей части трубы выше 4—4,5 М, то входящий из сопла воздух, расширяясь, настолько снижает свою температуру, что начинается его конденсация. Это явление можно устранить, используя в качестве рабочего газа, например, гелий, температура конденсации которого ниже, чем у воздуха, я ли же подогревая воздух установленным перед форкамерой трубы газовым или электрическим подогревателем.
Существуют аэродинамические трубы непрерывного и периодического действия.
По принципу работы трубы периодического действия бывают: ат-мосферно-вакуумные, эжекторные, баллонные, баллонно-вакуумные и баллонно-эжекторные.
Схема атмосферн о-в акуумной трубы изображена на рис. 2.57.
В резервуаре 9 создается необходимое для работы разрежение. После открытия быстродействующей задвижки 8 атмосферный воздух устремляется в трубу через форкамеру 7, в которой установлены сетки и решетки 2, спрямляющие поток. В сопле 3 воздух, достигнув сверхзвуковой скорости с заданным числом Маха, поступает в рабочую часть 4, где установлен испытуемый объект 5, а затем через диффузор б и 7 — в вакуумный резервуар 9. При этом в течение короткого вре-
143
мени в рабочей части создается сверхзвуковой поток. Чтобы предоть ратить конденсацию водяного пара в рабочей части, атмосферный во^ дух пропускают через осушитель.
3 4 5
7
8
Рис 2.57. Схема атмосферно-вакуумной сверхзвуковой трубы периодического действия
В эжекторной трубе (рис. 2.58) поток воздуха создается от эжектора (струйного насоса) 5, установленного за рабочей частью 5, к которому подается воздух повышенного давления. В ресивере 8 эжектора 5 создается повышенное давление. После открытия крана 7 воздух из ресивера 8 поступает в эжектор 5.
Эжектируемый воздух поступает в трубу из атмосферы, проходит через осушитель 7, сопло Лаваля 2 и рабочую часть 5, где установлен объект 4, после чего, смешиваясь с эжектирующим воздухом, уходит через диффузор б в атмосферу.
Преимущества труб периодического действия заключаются в том, что они позволяют получать потоки с большим числом Маха при сравнительно небольших затратах мощности привода; число Рейнольдса может сохранить достаточно высокие значения, если в рабочей части трубы не создавать слишком больших разрежений.
1 г з ь 5 6
Рис. 2.58. Схема эжекторной сверхзвуковой трубы периодического действия
144
Однако действие таких труб настолько кратковременно, что получение количественных характеристик испытуемого объекта становится затруднительным.
Трубы непрерывного действия (рис. 2.59) лучше контролируются и точнее воспроизводят заданные параметры потока. Рабочие условия в них могут поддерживаться неизменными в течение длительного времени.
Рис. 2.59. Схема сверхзвуковой трубы непрерывного действия
Труба приводится в действие электродвигателем в, на валу которого находится многоступенчатый компрессор 6, обеспечивающий высокий перепад давлений для работы трубы на сверхзвуковых скоростях. Воздух, пройдя компрессор, сильно нагревается. Поэтому в конструкции трубы предусмотрен охладитель 5, в который и направляется воздух. Охлажденный воздух, пройдя сопло Лаваля 4, приобретает сверхзвуковую скорость и поступает в рабочую часть 3, где установлен объект 2, а затем через диффузор 1 и колено обратного канала 9 с поворотными лопатками 7 возвращается в компрессор.
Ударные трубы
Ударная труба представляет собой экспериментальную установку для исследования газодинамики и физики потоков с высокой температурой.
