АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА

Полезная модель относится к области учебных и наглядных пособий, в частности по газовой динамике и теории ракетных двигателей и может быть использовано в учебном процессе ВУЗов.
Известны установки по газовой динамике, представляющие собой сверхзвуковые аэродинамические трубы, позволяющие исследовать и демонстрировать в рабочей части аэродинамической трубы, с помощью теневого прибора, процессы, протекающие за срезом сверхзвукового сопла - картину обтекания сверхзвуковым потоком различных моделей. Лабораторный практикум по аэрогазодинамике. Ленгосуниверситет, Ленинград, 1980 г. стр. 188-224. Основные данные аэродинамических труб и газодинамических установок США. Издат. Отдел ЦАГИ, 1968 г. Стр. 75-135.
Известны также установки для исследования и демонстрации процессов и режимов работы внутри дренированного сопла, где по результатам измерения давлений в дренированных сечениях и последующей обработкой измерений строят графики измерения параметров потока при различных режимах работы сопла. Лабораторный практикум по аэродинамике. Ленгосуниверситет, Ленинград, 1980 г. стр. 182.
Также известны установки для исследования процессов, протекающих при вдуве в закритическую часть сопла, где характеристики потока газа определяются с помощью различных насадков давления, с последующей обработкой результатов измерений и построением графиков. Ракетная техника и космонавтика. Издательство Мир, Москва, 1977 г. том 15 №3 стр. 17.
Наиболее близким по технической сущности решением является аэродинамическая труба, обеспечивающая сверхзвуковой и трансзвуковой режимы, содержащая форкамеру, коллектор, сопло, сверхзвуковую рабочую часть, регулируемый диффузор, сопло выполнено с возможностью взаимозаменяемости профилированного сплошного сверхзвукового сопла на перфорированное трансзвуковое с автоотсосом и устройством для закрепления в нем испытываемого объекта (RU №65226, МПК G01M 9/02, опубл. 27.07.2007 г.).
Недостатками является невозможность визуально, с помощью оптических средств измерения, демонстрировать на экране и исследовать процессы, протекающие внутри сопла при различных режимах его работы.
Задачей полезной модели является расширение наглядных возможностей при изучении процессов, протекающих внутри сверхзвуковой части сопла.
Техническим результатом является оценка эффективности процессов, протекающих внутри закритической части сопла при вдуве в нее газа.
Сущность полезной модели заключается в том, что в аэродинамической трубе, содержащей форкамеру, сопло, сверхзвуковую рабочую часть, диффузор, канал переменного сечения выполнен из профилированных вставок, расположенных симметрично одна относительно другой, зажатых стеклянными боковыми стенками и стянутых болтами с гайками, в форкамере выполнена спрямляющая решетка, в закритической части сопла в профилированной вставке продренированы отверстия, в одном из которых, установлена форкамера вдува, соединенная с вентилем и манометром газовой связью, остальные дренажные отверстия для вдува закрыты заглушками.
Новизна заключаются в том, что канал переменного сечения выполнен из профилированных вставок, расположенных симметрично одна относительно другой, зажатых стеклянными боковыми стенками и стянутых болтами с гайками, в форкамере выполнена спрямляющая решетка, в закритической части сопла в профилированной вставке продренированы отверстия, в одном из которых, установлена форкамера вдува, соединенная с вентилем и манометром газовой связью, остальные дренажные отверстия для вдува закрыты заглушками.
Анализ известных технических решений (аналогов) в исследуемой области и смежных областях позволяет сделать вывод об отсутствии в них признаков, сходных с существенными отличительными признаками в заявленном устройстве.
На фиг. 1 изображен общий вид устройства. Профилированные вставки 1, расположенные симметрично одна относительно другой, зажаты стеклянными боковыми стенками 2 и стянуты болтами с гайками, составляющие в сборке канал переменного сечения, состоящий из форкамеры 3, сверхзвукового сопла 4, диффузора 5. В закритической части сопла продренированы отверстия. В одно из дренажных отверстий установлена форкамера вдува 6, соединенная с вен тилем 7 и манометром 8, а в диффузоре 5 к дренажному отверстию подсоединен манометр 9, измеряющий статическое давление на выходе из сверхзвукового сопла. Остальные дренажные отверстия для вдува закрыты заглушками 10. Последовательно вентилю 7 установлен вентиль 11 и манометр 12 для подвода сжатого воздуха в форкамеру 3 через штуцер в задней металлической стенке 13, закрепленной болтами к профилированным вставкам 1. В форкамере 3 имеется спрямляющая решетка 14 для ликвидации вихрей, ламинаризации потока воздуха, поступающего в сопло 4, а также к ней подсоединен манометр 15.
Устройство работает следующим образом.
По воздуховоду высокого давления подводится воздух к вентилю 11. Вентилем 11 устанавливается, в зависимости от демонстрируемого режима работы сопла, давление в форкамере 3 и контролируется по манометру 12.
Для расчетного сверхзвукового режима работы сопла с числом М=2,92 отношение давления за соплом (па разрезе) к давлению перед соплом в форкамере
ср
фк
2
2
Р=0,15 кг/см, Р=4,8 кг/см.
фк
Р - давление в форкамере устанавливается вентилем 11; измеряется по манометру 12.
ср
Р - статическое давление па срезе сопла измеряемся манометром 9 при работе трубы.
Все процессы, протекающие внутри сверхзвуковой части сопла от начала открывания вентиля 11 до установления расчетного сверхзвукового режима его работы, демонстрируется на экране с помощью теневого прибора ИАБ-451 или фотографируемся с помощью фотоприставки к теневому прибору.
Демонстрация вдува в закритическое сечение сопла осуществляется следующим образом. Открывается вентиль 11, сопло выводится на расчетный режим по показаниям манометров 11 и 9 и по изображению на экране с помощью теневого прибора ИАБ-451. Открывается вентиль 7 и сжатый воздух подается в форкамеру 6 на вдув в закритическое сечение работающего сопла. Давление в форкамере вдува 6 устанавливается по показаниям манометра 8. В месте вдува в закритической части сопла садится косой скачок уплотнения, угол наклона которого и его интенсивность приводят к изменению направления истечения основного потока газа из сопла; к разности давлений на внутреннюю поверхность закритической части сопла в месте вдува и с противоположной стороны. Все это создает отклонение вектора тяги ракетного двигателя при вдуве в закритическое сечение сопла ракетного двигателя. Величина угла наклона скачка уплотнения при вдуве зависит от давления в форкамере вдува 6, которое устанавливается но манометру 8 и от места вдува. С ростом угла наклона скачка уплотнения и его интенсивности увеличивается угол отклонения основного потока газа из сопла и разность давлений, а следовательно увеличивается изменение направления вектора тяги ракетного двигателя.
Каждому значению давления в форкамере вдува 6 соответствует определенная величина угла отклонения скачка уплотнения. Эти зависимости разные при вдуве в различных сечениях по длине сопла.
Во всех названных случаях аэродинамическая труба позволяет слушателям наблюдать зависимость от места вдува, от давления вдува, углов наклона косого скачка уплотнения и транспортиром с экрана измерять величины этих углов.
Предлагаемая аэродинамическая труба существенно расширяет дидактические возможности при изучении процессов, происходящих при вдуве в закритическую часть сопла, обеспечивает наглядность и возможность наблюдать и измерить углы наклона скачков уплотнения; решать задачи, связанные с управлением вектора тяги ракетного двигателя путем воздействия на сверхзвуковой поток в закритическом сечении сопла.