Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов - Афанасьев В.А.
ISBN 5-7035-0318-3
Скачать (прямая ссылка):
Рабочая часть — это пространство между соплом и диффузором. Здесь устанавливаются модели для испытания, здесь же располагаются аэродинамические весы. Газовый поток в рабочей части трубы должен иметь равномерное поле скоростей и давлений.
Открытая рабочая часть обеспечивает свободный доступ к модели и удобство наблюдений. Но для таких труб необходима дополнительная мощность на восполнение потерь, вызванных взаимодействием свободной струи с окружающим воздухом. В трубах замкнутого типа со скоростями до 100—150 м/с обычно применяют открытую рабочую часть.
В целях уменьшения потребной мощности привода для труб с большими скоростями применяют закрытую рабочую часть. Аэродинамические характеристики потока в трубе с закрытой рабочей частью выше, чем в трубе с открытой рабочей частью.
К недостаткам труб с закрытой рабочей частью следует отнести:
а) трудность доступа при установке модели;
б) сложность конструкции;
в) необходимость тщательной герметизации этого пространства;
г) усложнение конструкции аэродинамических весов.
Рабочая часть в виде герметической камеры имеет большие по сравнению с закрытой рабочей частью размеры, что в значительной мере упрощает установку моделей и ее обслуживание во время испытания.
Длина рабочей части в обычных трубах равна 1,5—2d, а в трубах для испытания длинных тел она равна 2—4d, где d — диаметр выходного сечения сопла.
Диффузор располагается непосредственно за рабочей частью. Он представляет собой специальным образом спрофилированный канал, который служит для уменьшения скорости потока и повышения давления.
Дозвуковой диффузор представляет собой расширяющийся вниз по течению канал, в котором происходит торможение потока. Наименьшие потери энергии у диффузоров с углом расширения 6—8°.
140
Привод аэродинамической трубы — это устройство, сообщающее потоку газа необходимую энергию для получения расчетных скоростей в рабочей части трубы. Подвод энергии в дозвуковых трубах осуществляется с помощью низконапорных осевых вентиляторов, которые помещаются в цилиндрической вставке сразу за диффузором.
Важной характеристикой аэродинамической трубы является степень турбулентности потока, поскольку она оказывает большое влияние на аэродинамические характеристики испытуемых тел.
Степень турбулентности определяется выражением
15"(Д^+А^ + ди|)
где АКу у 9 — средние значения квадрата турбулентных пульсаций компонент скорости в направлении осей координат X, У, Z; У^ — средняя скорость потока
В аэродинамических трубах обычно имеет место так называемая изотропная турбулентность, когда Ау? = АИу = Дк? В этом случае сте-
пень турбулентности
є =
Обычно е выражается в процентах. В случае осреднения по времени
*2
где у — истинная скорость в рассматриваемой точке потока в данный момент времени; *2~*1 — конечный промежуток времени.
Степень турбулентности в аэродинамических трубах колеблется от 1>75% (для старых труб) до 0,2 % (для новых труб).
Околозвуковые и трансзвуковые трубы. К трансзвуковым трубам относятся аэродинамические трубы, работающие в диапазоне чисел Маха 0,8 < М < 1,2. Околозвуковые трубы в основном являются мощными дозвуковыми трубами замкнутого типа и постоянного дейст-
141
вия. Поток в них создается при помощи вентилятора. Скорость потока изменяется за счет изменения скорости вращения вентилятора или за счет изменения шага его лопастей.
Основное отличие околозвуковых труб от трансзвуковых состоит в конструкции стенок рабочей части: околозвуковые трубы имеют твердые (сплошные) стенки. При дозвуковых скоростях твердые стенке трубы препятствуют расхождению линий тока около модели, поэтому поле течения искажается.
Стенки трансзвуковой трубы не сплошные, они имеют щели и перфорации, которые ослабляют влияние стенок на форму линий тока вблизи модели.
Когда в рабочей части находится модель, то минимальное сечение получится в месте расположения модели.
При скорости М = 1 труба «запирается» в окрестности модели.
Явление «запирания» трубы состоит в том, что максимальная скорость потока достигается в месте наименьшего проходного сечения, образованного стенками трубы и моделью. За этим сечением появляются зоны местных сверхзвуковых скоростей, ограниченных скачками уплотнения.
Запирание можно определить по отношению давления торможения на оси модели к статическому давлению на стенке. Если оно равно 0,528, то это свидетельствует о том, что течение на стенках звуковое, — такое явление называется «запиранием» трубы, обусловленным стенкой.
Скорость потока в трансзвуковых трубах можно увеличить до* М > 1 без угрозы запирания, так как перфорированные стенки не препятствуют изоэнтропическому расширению потока, обеспечивая так называемый «эффект расходного сопла», т.е. получение режимов М > 1 с дозвуковым соплом.
Сверхзвуковые трубы. Они работают в диапазоне чисел Маха 1,2 < М < 5. Высокие скорости газового потока обеспечиваются сверхзвуковыми соплами.
Сверхзвуковые сопла имеют дозвуковой и сверхзвуковой участки. На дозвуковом участке воздух, поступающий из форкамеры, разгоняется до звуковой скорости. На сверхзвуковом участке происходит дальнейшее увеличение скорости и окончательное формирование равномерного сверхзвукового потока.
