Аэродинамическая труба
AERODYNAMIC PIPE

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано при разработке аэродинамических труб и проведении в них испытаний.
Известны аэродинамические трубы, в которых перепад давлений на рабочем сопле трубы создается с помощью эжектора либо компрессора и эжектора одновременно. (См. И. Гошек. «Аэродинамика больших скоростей», Изд. иностранной литературы. М. 1954). Контур гиперзвуковой аэродинамической трубы (источник газа, подогреватель, сопло, рабочая часть, диффузор и иногда охладитель потока) обычно заканчивается входом в выхлопную систему (входом в вакуумную емкость, эксгаустер или эжектор).
Эжекторные аэродинамические трубы (АДТ) имеют ряд преимуществ перед трубами с вакуумной емкостью и эксгаустером, особенно при испытаниях моделей с работающими двигателями. Эжектор должен обеспечивать реализацию всех режимов и одновременно не завышать стоимость испытаний, поскольку он является основным источником энергозатрат при них. Мощный эжектор позволяет реализовать в АДТ широкий диапазон чисел Маха, Рейнольдса и скоростных напоров, а также увеличить размер испытываемых моделей. С его помощью осуществляются мягкий запуск трубы и мягкий сход с режима, в результате чего не разрушаются (при прохождении скачков уплотнения) испытываемые модели, модельные державки, модельные весы и другое оборудование.
Известна аэродинамическая труба включающая сопло, рабочую часть, диффузор и многоступенчатый эжектор, принятая за прототип (см. Г.С. Бюшгенс, Е.Л. Бедржицкий. ЦАГИ - центр авиационной науки. Москва, «Наука», 1993, стр. 218).
Недостатком данного технического решения является повышенная стоимость испытаний из-за большого расхода сжатого воздуха из газгольдеров при работе в широком диапазоне режимов.
Необходимый расход сжатого воздуха через эжектор определяется его максимальной потребной степенью сжатия и поперечным размером камеры смешения. Он должен быть по экономическим соображениям близок к размеру горла диффузора трубы. Однако для разных режимов гиперзвуковой аэродинамической трубы размер горла диффузора меняется порой в несколько раз. Эжектор, выбранный для реализации наиболее напряженных режимов работы трубы, на остальных режимах оказывается переразмеренным и неэкономичным. Требования к эжектору становятся еще более противоречивыми при наличии охладителя рабочего потока, значительно уменьшающего объемный расход отсасываемого газа перед эжектором за счет снижения его температуры. Для реализации рабочих режимов в гиперзвуковых аэродинамических трубах применяются, как правило, многоступенчатые эжекторы, обеспечивающие необходимую большую (10-50) степень сжатия. Фактически требуется регулируемый по поперечному размеру многоступенчатый эжектор, но регулирование по поперечному размеру такого эжектора слишком сложная и технически трудноразрешимая задача.
Задачей и техническим результатом настоящего изобретения является создание аэродинамической трубы с эжектором, позволяющим экономить сжатый воздух на всех менее напряженных режимах, а, следовательно, минимизировать стоимость проведения испытаний.
Решение задачи и технический результат достигаются тем, что в аэродинамической трубе, включающей эжектор и систему его управления, эжектор состоит из нескольких стволов, из которых как минимум один содержит перфорированное сопло, а система управления выполнена с возможностью включать отдельно стволы независимо друг от друга. Кроме того, перфорация в сопле эжектора выполнена в виде продольных щелей, а система управления эжектором содержит дроссели и затворы в трассах подвода высоконапорного и низконапорного газов
Фиг. 1 Схема гиперзвуковой аэродинамической трубы с трехствольным эжектором.
Фиг. 2 Схема перфорированного продольными щелями сопла эжектора.
Фиг. 3 Характеристики трехствольного эжектора.
Фиг. 4 Общий вид гиперзвуковой аэродинамической трубы с трехствольным эжектором.
Схема предлагаемой аэродинамической трубы приведена на фиг. 1. Труба содержит воздухоподогреватель с форкамерой 1, аэродинамическое сопло 2, модель летательного аппарата 3, рабочую камеру 4, сверхзвуковой диффузор 5, внутренний диффузор 6, дозвуковой диффузор трубы 7, воздухоохладитель 8, многоствольный эжектор 9. В состав многоствольного эжектора 9 входят стволы (в нашем случае 3 ствола) с подводом сжатого воздуха 10, диффузор 11, шахта шумоглушения 12, затвор 13, дроссель высоконапорного газа 14. Каждый ствол эжектора содержит перфорированное продольными щелями сопло 15, обеспечивающее стволу степень сжатия многоступенчатого эжектора. Перфорированное продольными щелями сопло изображено на фиг. 2.
Двуединая задача реализации всех режимов работы аэродинамической трубы при минимальной стоимости испытаний в предложении решается устройством эжектора АДТ в виде ряда параллельных стволов с перфорированными соплами. Стволы в нужном количестве подключаются для каждого пуска в различных комбинациях. Для реализации различных комбинаций стволы имеют индивидуальный подвод высоконапорного газа 14 и затворы 13 для предотвращения натекания атмосферного воздуха в трубу через неработающий ствол (когда в него не подается высоконапорный газ). В качестве стволов применен модернизированный одноступенчатый эжектор с перфорированным продольными щелями соплом, позволяющий получать большие степени сжатия (примерно 10-50), сравнимые со степенями сжатия многоступенчатых эжекторов
На фиг. 3 приведены характеристики трехствольного эжектора, состоящего из одного большого и двух малых эжекторов, имеющих перфорированные продольными щелями сопла по фиг. 2. Характеристики (зависимости расхода отсасываемого газа от его абсолютного давления) рассчитаны при работе одного малого эжектора - линия 1, одного большого эжектора - линия 2, одновременной работе большого и одного малого эжекторов - линия 3 и одновременной работе большого и двух малых эжекторов - линия 4. При этом на линии 2 расход сжатого высоконапорного газа в два раза больше, чем на линии 1, на линии 3 - в 3, а на линии 4 - в 4 раза больше, чем на линии 1. Такая многоствольная конструкция эжектора позволяет рационально и экономично вести испытания в аэродинамической трубе. Стволы в нужном количестве (один, два или три) подключаются для каждого пуска трубы в различных комбинациях.
Как видим из фиг. 3, если бы эжектор был одноствольным и рассчитан на максимальный режим и максимальный расход отсасываемого и высоконапорного газа (см. линия 4), то на ненапряженных режимах работы трубы перерасход сжатого воздуха мог бы составлять 100-300%. Сравнение проведено с минимально необходимыми затратами сжатого воздуха на работу отсасывающего устройства аэродинамической трубы (линии 3, 2 и 1 на фиг. 3).
На фиг. 4 приведен общий вид разрабатываемой в настоящее время аэродинамической трубы с трехствольным эжектором, позволяющим в 2-3 раза снизить расходы высоконапорного газа на менее напряженных режимах работы аэродинамической трубы.