Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов - Афанасьев В.А.
ISBN 5-7035-0318-3
Скачать (прямая ссылка):
Если числитель и знаменатель домножить на AT (разность температур в двух характерных точках), то число Ре можно представить в следующем виде:
vcD I рАТ Ре= —е—-— Г6 ХАТ '
т.е. в виде отношения теплового потока, переносимого жидкостью, движущейся со скоростью v через единицу площади, к тепловому потоку, проходящему через слой толщиной I вследствие его теплопроводности.
В таком виде критерий Ре можно рассматривать как меру относительной роли молярного и молекулярного переноса тепла.
При моделировании температурных и скоростных полей в потоках, обтекающих тело, подобие осуществляется по числу Прандтля, характеризующему отношение интенсивности переноса количества движения вследствие динамической вязкости к интенсивности теплопередачи вследствие теплопроводности:
При исследовании гидродинамических сопротивлений в каналах определяющим критерием является число Эйлера, характеризующее соотношение сил давления и сил инерции в потоке:
расстояние /:
137
ру'
где р — статическое давление; ру2 — скоростной напор.
При изучении течений разреженных газов подобие осуществляется по числу Кнудсена, представляющему собой отношение длины свободного пробега молекулы газа Ь к характерному линейному размеру /:
Кп~7~ ^Т^'
где Ь — длина свободного пробега молекул; / — характерный линейный размер.
Аэродинамические трубы
В зависимости от скорости потока в рабочей части аэродинамические трубы делятся на следующие виды:
а) дозвуковые (0< М< 0,8);
б) околозвуковые и трансзвуковые (0,8<М< 1,2);
в) сверхзвуковые ( 1,2<М<5);
г) гиперзвуковые (М>5).
По конструктивным признакам аэродинамические трубы можно' разбить на два класса:
а) трубы незамкнутого типа;
б) трубы замкнутого типа.
По виду рабочей части различаются трубы:
а) с открытой рабочей частью;
б) с закрытой рабочей частью;
в) с герметической камерой (камера Эйфеля).
Испытания, проводимые на аэродинамических трубах, в основном решают следующие задачи:
1. Исследование влияния формы обтекаемого газом объекта на аэродинамические характеристики этого объекта в зависимости от скорости набегающего потока и положения тела в пространстве.
2. Исследование воздушных машин — газовых турбин, компрессоров, винтов, ветряков, вентиляторов и т.п.
3. Исследование характеристик двигателей (поршневых турбореактивных, прямоточных и др.).
4. Исследование динамики полета ЛА.
5. Исследование влияния аэродинамических сил на упругие характеристики конструкций ЛА (например, исследование флаттера крыльев самолетов).
138
6. Физические исследования, связанные с течением воздуха в различных условиях (исследование пограничного слоя, сверхзвуковых течений, пространственных течений и т.п.).
7. Методические исследования, связанные с созданием аэродинамических труб как физических установок и с разработкой методов испытаний в трубах и обработки полученных результатов.
Дозвуковые трубы. На рис. 2.56 приведена схема дозвуковой незамкнутой аэродинамической трубы.
1 2 3 * 5 В 7 8
Рис. 2.56. Схема дозвуковой незамкнутой аэродинамической трубы
Вентилятор 7, приводимый во вращение электродвигателем ?, засасывает в трубу воздух через форкамеру 3 и сопло 4. Поток воздуха, пройдя спрямляющую решетку (хонейкомб) / и детурбулирующую сетку 2, становится плоскопараллельным и входит в рабочую часть 5, где установлена испытуемая модель. Из рабочей части поток попадает в диффузор 6 и затем выбрасывается в окружающее пространство.
В замкнутых аэродинамических трубах поток, пройдя рабочую часть и диффузор, направляется в обратный канал и через сопло вновь возвращается в рабочую часть. Этот поворот газового потока осуществляется в четырех коленах обратного канала. В этих коленах устанавливаются направляющие профилированные лопатки, которые плавно, с минимальными потерями, поворачивают поток и способствуют получению равномерного поля скоростей и давлений в рабочей части.
Для устранения закрутки потока вентилятором за его рабочим колесом устанавливается спрямляющий аппарат.
Форкамера служит для выравнивания и успокоения потока. В ней устанавливаются хонейкомб и детурбулизирующие сетки.
Хонейкомб представляет собой сотообразную решетку, набранную из тонких металлических пластин. Его назначение — выравнивать скосы потока и разрушать крупные вихри.
Детурбулизирующие сетки способствуют 'выравниванию поля скоростей и уменьшению начальной турбулентности потока в рабочей части трубы. Размеры форкамеры существенно влияют на равномерность
139
поля скоростей в рабочей части. Чем больше форкамера, тем равно* ыернее поле.
Сопло служит для разгона потока воздуха от минимальной на вхо* де до расчетной скорости на выходе в рабочую часть.
Поперечное сечение сопла может быть круглым, эллиптическим, прямоугольным, квадратным и восьмигранным.
Дозвуковые сопла имеют вид сужающихся каналов. Одной из важных характеристик дозвукового сопла является степень поджатия, равная отношению площадей на входе F\ и на выходе F0: п - F\lF^ Высокая степень поджатия устраняет неравномерность скоростей и способствует снижению степени начальной турбулентности потока в рабочей части. Для современных труб степень поджатия колеблется от 5 до 20—25.
