Экспериментальная отработка космических летательных аппаратов - Афанасьев В.А.
ISBN 5-7035-0318-3
Скачать (прямая ссылка):
Ударные трубы используются для создания ударных аэродинамических стендов.
В ударных аэродинамических трубах (рис. 2.61) газ в рабочей пробке разогревается до высоких температур, однако скорость его невелика. Скорость движения газа в рабочей пробке можно увеличить, если в ударной трубе на выходе из отсека низкого давления установить сопло Лаваля.
Тогда модель можно испытывать в высокотемпературных газовых потоках со сверхзвуковыми скоростями порядка 20 — 25 М и выше.
Принцип работы трубы следующий: по достижении расчетного давления в отсеке / разрывается диафрагма 2 и газ устремляется в отсек 5. Образовавшаяся ударная волна распространяется по рабочему газу, нагревая и сжимая его. Когда волна достигнет конца отсека низкого давления, диафрагма 4 на входе в сопло разрушится — произой-
148
дет отражение ударной волны, а сжатый и разогретый газ за отраженной ударной волной истечет через сопло 5 в вакуум-камеру 8.
После встречи отраженной ударной волны с контактной поверхностью произойдет ее преломление и отражение, и эта волна возвратится к соплу. Начиная с этого момента, установившееся движение газа в сопле прекращается. Течение становится нестационарным, и работа трубы заканчивается.
В ударных аэродинамических трубах достигается давление торможения 2 ООО 10 Па и температура торможения 8 ООО К. Время работы около 6 мс.
Использование аэродинамических и ударных труб для изучения закономерностей движения тел при гиперзвуковых скоростях связано со следующими трудностями:
1. Необходимо создавать высокий перепад давлений рабочего газа на входе и выходе аэродинамической трубы. Так, например, при создании воздушного потока с М = 20 потери в трубе настолько велики, что отношение давлений на входе и выходе составляет порядка миллиона. При этом, чтобы поток был не слишком разреженным, т.е. чтобы значения 1*е были не слишком малы, в форкамере давление должно быть порядка сотен и даже тысяч атмосфер.
2. Необходимо предварительно подогревать газ, чтобы он при расширении в сопле не замерз, и для М = 20 Ггаз в форкамере должна быть равна 3 ООО К.
Баллистические установки
В отличие от аэродинамических установок, на которых изучается взаимодействие потока с неподвижной и совершающей ограниченное движение моделью, баллистические установки дают возможность в лабораторных условиях проводить исследования тел в условиях свободного полета.
С появлением новой техники основными экспериментальными установками стали сверхскоростные баллистические установки с закрытой трассой.
На таких установках можно решать задачи о соударении твердых тел со скоростями до 100 км/с.
Баллистические установки имеют ряд преимуществ перед аэро- и гидродинамическими:
1. Широкий диапазон изменения чисел М и Ке и возможность получения больших значений этих чисел.
2. Моделирование реальных температур торможения.
3. Отстутствие державок или креплений модели.
4. Невозмущенный набегающий поток.
ид
5. Точный и надежный контроль параметров набегающего потока.
6. Возможность исследования нестационарных явлений.
К недостаткам баллистических стендов необходимо отнести следующие:
1. После каждого выстрела модель обычно разрушается.
2. Желаемое положение модели в потоке задается более сложным способом, чем в аэродинамической трубе.
3. Силы и моменты, действующие на модели, определяются расчетным путем по данным траекторных измерений.
4. Из-за малых размеров модели затруднено размещение внутри нее измерительных приборов.
Сущность аэродинамического баллистического эксперимента сводится к регистрации тем или иным методом координат летящих моделей непрерывно или в последовательных дискретных точках вдоль траектории.
Баллистические установки для аэро- и газодинамических исследований можно разбить на два типа:
1. Баллистические стенды, в которых исследуемая модель выстреливается в неподвижный воздух (открытые установки) или в камеру, в которой параметры газа могут изменяться (закрытые установки).
2. Установки, в которых модель выстреливается навстречу сверхзвуковому потоку аэродинамической трубы. Такие установки называются аэробаллистическими трубами.
Баллистические установки состоят из метательного устройства, сообщающего моделям необходимую начальную скорость, и измерительного участка, на котором производится регистрация кинематических (пространственно-временных) характеристик полета модели. Измерительные участки различаются как по конструкции, так и по размерам. Длина их изменяется от одного метра до нескольких километров. На выходе измерительного участка баллистической установки помещают системы торможения и улавливания моделей.
По принципу разгона модели метательные устройства, применяемые при высокоскоростном метании, могут быть разделены на два класса: газодинамические установки, в которых модель разгоняется газом; электродинамические установки, в которых модель разгоняется под действием электромагнитных сил.
Газодинамические устройства по конструктивному принципу делятся на одноступенчатые и многоступенчатые.
В одноступенчатых устройствах энергия к рабочему газу подводится непосредственно, или за счет горения, или за счет электрического разряда.
