АТМОСФЕРНО-ВАКУУМНАЯ СВЕРХЗВУКОВАЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКАЯ ТРУБА

Полезная модель относится к области экспериментальной аэродинамики, преимущественно к классу аэродинамических труб (АДТ), предназначенных для получения в рабочей части сверхзвукового потока воздуха (М>1,4…1,5).
Наиболее близким аналогом предлагаемой полезной модели, принятым за прототип, является аэродинамическая труба кратковременного действия вакуумного типа (С.М.Горлин и И.И.Слезингер «Аэромеханические измерения». Москва. Наука. 1964. стр.83, 107, рис.2.59), содержащая осушитель, коллектор, сверхзвуковое регулируемое сопло, рабочую часть, сверхзвуковой регулируемый диффузор, быстродействующий кран, дозвуковой диффузор, вакуумную емкость, эксгаустер (вакуумный насос) с приводом, в качестве которого использован электромотор.
Общими существенными признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками предлагаемого технического решения, являются следующие - атмосферно-вакуумная сверхзвуковая аэродинамическая труба содержит осушитель, коллектор, сверхзвуковое регулируемое сопло, рабочую часть, сверхзвуковой регулируемый диффузор, дозвуковой диффузор, эксгаустер с приводом.
Прототип работает следующим образом. Воздух из вакуумной емкости предварительно откачивается с помощью эксгаустера с целью создания необходимого перепада давлений. Затем открывается быстродействующий кран, атмосферный воздух, пройдя через осушитель, коллектор и остальные элементы воздушного тракта АДТ поступает в вакуумную емкость. Это продолжается до тех пор, пока перепад давлений не достигнет некоторого минимального значения, при котором в рабочей части обеспечивается заданное число Маха. При этом время непрерывной работы АДТ определяется объемом вакуумной емкости. Это обстоятельство серьезно ограничивает применение вакуумных труб, т.к. кратковременность их действия не позволяет проводить многие виды аэродинамических испытаний, требующих большей продолжительности.
Продлить время непрерывной работы АДТ возможно путем дальнейшего увеличения объема вакуумной емкости или применением эксгаустера большой мощности. Так, для обеспечения потребного расхода воздуха через рабочую часть сечением 0,6×0,6 м при необходимом, для создания сверхзвукового (М=3,0) потока перепаде давлений потребная мощность привода составит ~ 10 МВт. Применение электропривода такой мощности вызывает конструктивные трудности, связанные с необходимостью строительства высоковольтной ЛЭП, а также понизительной трансформаторной подстанции.
Предлагаемая полезная модель направлена на решение следующей технической задачи - увеличение времени действия вакуумной АДТ, особенно в высокоскоростных (сверхзвуковых) режимах, а также устранение конструктивных трудностей, вызванных необходимостью использования вакуумных емкостей большого объема или электропривода большой мощности.
Для решения данной технической задачи в атмосферно-вакуумной сверхзвуковой аэродинамической трубе, содержащей осушитель, коллектор, сверхзвуковое регулируемое сопло, рабочую часть, сверхзвуковой регулируемый диффузор, дозвуковой диффузор, эксгаустер с приводом, в качестве привода эксгаустера использована газовая турбина, газогенераторами которой являются авиационные воздушно-реактивные двигатели (ВРД), дополнительно, в качестве эксгаустера используется компрессор авиационного воздушно-реактивного двигателя.
Отличительными признаками предлагаемого технического решения являются следующие - эксгаустер приводится в действие с помощью газовой турбины, газогенераторами которой являются авиационные воздушно-реактивные двигатели, а в качестве эксгаустера используется компрессор авиационного воздушно-реактивного двигателя.
Благодаря наличию указанных отличительных признаков в совокупности с известными (указанными в ограничительной части формулы), достигается следующий технический результат - создана атмосферно-вакуумная сверхзвуковая аэродинамическая труба продолжительного действия, при этом отпадает необходимость использования вакуумных емкостей большого объема или электропривода большой мощности. Применение в качестве эксгаустера компрессора ВРД значительно упрощает конструкцию привода, т.к. позволяет соединить ротор эксгаустера с валом газовой турбины непосредственно (без редуктора). Кроме того, допустимо использовать ВРД, отработавшие летный ресурс, что значительно снижает стоимость всей конструкции.
Предложенное техническое решение может найти применение при проектировании вакуумных аэродинамических труб и газодинамических установок.
Полезная модель поясняется рисунком, на котором приведена схема воздушного тракта атмосферно-вакуумной сверхзвуковой аэродинамической трубы. Представленная на рисунке атмосферно-вакуумная сверхзвуковая аэродинамическая труба содержит осушитель 1, коллектор 2, сверхзвуковое регулируемое сопло 3, рабочую часть 4, сверхзвуковой регулируемый диффузор 5, дозвуковой диффузор 6, входное устройство 7, эксгаустер 8, газовую турбину 9, газогенераторы (ВРД) 10, отводные каналы 11, шахту шумоглушения 12.
Атмосферно-вакуумная сверхзвуковая аэродинамическая труба работает следующим образом. Рабочий газ от газогенераторов 10 подается на лопатки газовой турбины 9, вал которой соединен с ротором эксгаустера 8 Таким образом, крутящий момент турбины непосредственно передается ротору эксгаустера, создающего разряжение на выходе дозвукового диффузора 6, в результате чего атмосферный воздух, пройдя осушитель 1, коллектор 2, сверхзвуковое регулируемое сопло 3, достигнув расчетного значения числа Маха, поступает в рабочую часть 4. Затем сверхзвуковой поток с помощью сверхзвукового регулируемого диффузора 5 преобразуется в дозвуковой, дополнительно тормозится в дозвуковом диффузоре 6 и попадает во входное устройство 7 эксгаустера. Пройдя эксгаустер, воздух по отводному каналу 11 подается в шахту шумоглушения 12. Отработанные газы от газогенераторов также подаются в шахту шумоглушения по отводному каналу.