СПОСОБ ВИЗУАЛИЗАЦИИ ПРОСТРАНСТВЕННОГО И ПРИЗЕМНОГО ТЕЧЕНИЙ ВОЗДУХА ПОД ВОЗДУХОЗАБОРНИКОМ РАБОТАЮЩЕГО ГАЗОТУРБИННОГО ДВИГАТЕЛЯ
PROCEDURE FOR VISUALISATION OF SPACE AND GROUND AIR FLOWS UNDER AIR INTAKE OF OPERATING GAS-TURBINE ENGINE

Изобретение относится к технике определения параметров газовых потоков и может быть использовано в области экспериментальной аэродинамики в части оптических исследований пространственной структуры потоков газов сложных течений, в том числе в вихревом шнуре, с целью визуализации и изучения процессов образования, течения и затухания пространственных вихревых течений воздуха между поверхностью аэродрома и воздухозаборником работающего газотурбинного двигателя (ГТД) для выработки мероприятий по его защите от влияния вихревых шнуров и от поднятых ими посторонних предметов с поверхности аэродрома.
Известно устройство - газовый счетчик и генератор мыльных пузырей, содержащий вихревую трубу, генератор мыльной пленки, фотоэлектрические датчики, размещенные вдоль трубы, патент США №4762004, 1986 г., НКИ 73/861.05. Поток газа, поступивший в вихревую трубу, пропускают через мыльную пленку для образования мыльных пузырей. При этом измеряют в начале и конце трубы время, необходимое для прохождения фиксированного расстояния в трубе мыльными пузырями в газовом потоке.
Однако используемый способ визуализации в известном устройстве ограничивает возможности исследования пространственной структуры газа.
Известен способ проветривания карьеров в горной промышленности, содержащий операции засасывания загрязненного воздуха из карьера в камеру с нагревом с помощью вентилятора, SU АС №1267002, 1985 г., E21F 1/00. Газ продувают через пленкообразовательный раствор. При этом образуют мыльные пузыри, наполненные загрязненным воздухом из карьера. Вследствие разности температур мыльных пузырей и атмосферы карьера возникает восходящий поток мыльных пузырей, образуя конвективный поток. Однако способ обеспечивает визуализацию пространственной структуры потока после продува через раствор, но не дает возможности определить реальные траектории потоков газа в карьере из-за больших размеров мыльных пузырей.
Известен способ определения движения потока газа в исследуемом объекте - вихревой камере сигаретным дымом, Смульский И.И. «Аэродинамика и процессы в вихревых камерах»» - Новосибирск: ВО «Наука», 1992 г., стр. 78-80. Задымленный воздух проходит через завихритель и смешивается с основным потоком, визуализируя течение газового потока в вихревой камере, при этом производится фотосъемка процесса с помощью фотокамеры. Недостатком этого метода является то, что задымление не дает возможности определить параметры потока газа в пространстве. Визуализировать газовый поток дымом не представляется возможным ввиду сложного движения газа, дым заполняет всю вихревую трубу, не давая возможности определить пространственную структуру течения газа.
Известен способ определения траектории вихревого движения газа с помощью визуализации течения газового потока, а именно обеспечение возможности определения траектории движения газового потока в прозрачной вихревой трубе, пат. RU 2117298, 1998 г., кл. МКИ G01P 5/20. В способе определения траектории вихревого движения газа камеру выполняют из прозрачного материала, а о траектории движения газа судят по траектории движения пропускаемой через вихревую трубу дисперсной смеси мелких твердых частиц. В качестве указанной смеси используют смесь горящих частиц бенгальского огня, а движение этих горящих частиц фиксируют с помощью кинокамеры с дальнейшим изучением траектории частиц при замедленном воспроизведении кинопленки. Однако использовать бенгальский огонь открытым способом опасно для исследования вихревого шнура под воздухозаборником работающего ГТД.
Технический результат, на достижение которого направлено изобретение, заключается в визуализации пространственного и приземного течений воздуха, в том числе вихревого шнура под воздухозаборником работающего ГТД, для определения граничных условий возникновения интенсивных вихревых шнуров, выработки мероприятий по защите ГТД от влияния вихревых шнуров и от поднятых ими посторонних предметов с поверхности аэродрома.
2
Для достижения названного технического результата в предлагаемом способе визуализации пространственного и приземных течений воздуха под воздухозаборником работающего ГТД, включающем визуализацию вихревого движения воздушного потока с помощью введения в поток отдельных частиц и наблюдения посредством видеокамеры за их распределением в потоке, согласно изобретению распыляют производимые генератором с заданной концентрацией мыльные пузыри заданного размера над поверхностью земли на участке не более S=10 м под воздухозаборником. Производят при испытании от малых до максимальных режимов работы ГТД регистрацию с помощью скоростной фотовидеокамеры с различных ракурсов пространственной структуры течений воздуха под воздухозаборником по движению мыльных пузырей в потоке воздуха. При этом фиксируют момент образования, время существования вихревого шнура, его интенсивность - по распределению мыльных пузырей вокруг вихревого шнура и его границам. Обрабатывают видеоинформацию в соседних кадрах и по изменениям положения мыльных пузырей определяют скорости потока в точках пространства под воздухозаборником, скорости пристенного течения потока, границы вихревого шнура, условия возникновения и затухания вихревых шнуров в зависимости от режима работы двигателя.
Кроме того, обеспечивают визуализацию цветными газами разной степени плавучести по отношению к воздуху.
Таким образом, заявляемый способ позволит определить условия возникновения интенсивного вихревого шнура и обеспечить повышение безопасности работы ГТД на земле.
Перечень фигур на чертежах
Изобретение поясняется чертежами, на которых:
Фиг.1 - представляет схему возникновения вихревого шнура при наложении циркуляции на ламинарное течение воздушных масс под воздухозаборником;
Фиг.2 - представляет визуализацию с помощью мыльных пузырей вихревых течений на входе в вохдухозаборник на режиме малого газа ГТД.
Способ осуществляется следующим образом.
Осуществление предлагаемого способа рассмотрим на схеме, см. фиг.1.
При больших расходах воздуха через ГТД 1 и низком расположении входного сечения воздухозаборника над поверхностью аэродрома работающий ГТД создает на поверхности аэродрома воздушные потоки 2, стекающиеся к эпицентру под воздухозаборником и втекающие, поворачивая вверх, на вход в воздухозаборник 3, т.е. образуется течение, подобное плоскому стоку, максимальная скорость которого достигается на радиусе R=. При наложении на это течение ветровой или механической неравномерности сток превращается в вихресток - между поверхностью аэродрома и воздухозаборником двигателя образуется вихревой шнур 4.
2
Для реализации предлагаемого способа распыляют производимые генератором 5 с заданной концентрацией мыльные пузыри 6 над поверхностью земли на участке не более 10 м под воздухозаборником 3. Обеспечивают с помощью мыльных пузырей визуализацию пространственного и приземного течений под воздухозаборником работающего на заданном режиме ГТД, см. фиг.2.
При испытании ГТД от малых до максимальных режимов работы производят регистрацию с помощью скоростной фотовидеокамеры с различных ракурсов пространственной структуры течений воздуха под воздухозаборником по движению мыльных пузырей 6 в основном потоке воздуха. При этом фиксируют момент образования, время существования вихревого шнура, его интенсивность - по распределению мыльных пузырей вокруг вихревого шнура и его границам. Обрабатывают видеоинформацию в соседних кадрах и по изменениям положения мыльных пузырей определяют скорость потока в точках пространства, скорости пристенного течения потока, границы вихревого шнура, условия возникновения и затухания вихревых шнуров в зависимости от режима работы двигателя.
Кроме того, обеспечивают визуализацию цветными газами разной степени плавучести по отношению к воздуху.
Таким образом, заявленный способ позволит определить условия возникновения вихревого шнура и обеспечить повышение безопасности работы ГТД на земле.