ФОРКАМЕРА ПОРШНЕВОЙ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ УСТАНОВКИ
PRECHAMBER OF PISTON AERODYNAMIC UNIT

Предлагаемое изобретение относится к высокорейнольдсовым и высокоскоростным установкам адиабатического сжатия, применяемым в экспериментальной аэрогазодинамике и предназначенным для испытания моделей космических летательных аппаратов и ракет. Известны форкамеры установок поршневого типа двух конструкций: удлиненные цилиндрические с дроссельно-демпфирующими устройствами и короткие с внутренней поверхностью, имеющей форму, близкую к сфере.  Сжатый поршнем рабочий газ, имеющий высокую температуру, из ствола через обратный клапан заполняет форкамеру. Истечение газа через сопло происходит при закрытом клапане форкамеры. Интенсивная турбулизация рабочего газа при заполнении форкамеры приводит к существенным тепловым потерям в стенке форкамеры не только в момент заполнения, но в процессе истечения газа из сопла.
При работе установки на режимах с температурой выше 2000 K существенную роль играют радиационные тепловые потери. Эти потери в форкамере особенно интенсивны на высоких параметрах, представляющих наибольший интерес при испытаниях космических аппаратов и ракет в условиях, близких к натурным, существенно снижают возможности существующих поршневых аэродинамических установок.
К недостаткам существующих конструкций следует отнести также то, что при заполнении форкамеры в рабочем газе возбуждаются колебания давления широкого спектра частот.
Если низкочастотные колебания могут быть сравнительно легко задемпфированы, то высокочастотные колебания остаются и, проникая в рабочий поток, снижают точность дренажных и особенно тепловых испытаний.
Кроме того, в указанных конструкциях форкамер не предусмотрены приспособления, уменьшающие запыленность потока твердыми частицами, которые появляются в результате износа узлов поршневых установок. В ряде случаев эти частицы существенно искажают картину исследуемого течения.
Целью предлагаемого изобретения является снижение конвективных и лучистых тепловых потерь, демпфирование высокочастотных колебаний давления газа и уменьшение запыленности рабочего потока.
Эта цель достигается тем, что в форкамере устанавливается экран, выполненный в виде тонкостенной перфорированной оболочки, отстоящей на определенном расстоянии от стенок форкамеры. На входном участке помещается кольцевой отражатель, прилегающий к стенкам форкамеры.
Уменьшение тепловых потерь в форкамере, запыленности рабочего потока и устранение высокочастотных колебаний газа позволяет существенно увеличить время эксперимента, проводить аэродинамические, дренажные и тепловые испытания моделей космических летательных аппаратов и ракет в условиях, близких к натурным, и повысить точность всего измерительного комплекса. Конкретный пример осуществления предлагаемого изобретения иллюстрирует чертеж. В форкамере размещается экран 1 в виде тонкостенной оболочки, образующей со стенками форкамеры кольцевой зазор. Объем между стенкой и экраном сообщается с форкамерой, благодаря перфорации экрана. В начале форкамеры ставится конический кольцевой отражатель 2.
Работа установки осуществляется следующим образом. При заполнении форкамеры газом между стенкой форкамеры и экраном (1) образуется слой газа, который снижает конвективный теплообмен между основной массой газа и стенками форкамеры. Лучистый теплообмен между газом и стенкой форкамеры снижается из-за экранирующего действия оболочки. Кольцевой отражатель (2) при заполнении форкамеры сжатым газом отжимает высокотемпературную струю от стенок форкамеры, что также уменьшает тепловой поток к боковым стенкам форкамеры.
Наличие отверстий в экране и пространства между экраном и стенками форкамеры позволяет демпфировать колебания давления газа в форкамере.
Запыленность рабочего потока уменьшается за счет задержки твердых частиц в пространстве между экраном и стенкой форкамеры.