Аэрогазодинамическая установка адиабатического сжатия

 

Изобретение относится к области экспериментальной аэрогазодинамики и может быть использовано для проведения аэро- и газодинамических исследований на установках адиабатического сжатия. Сущность: установка состоит из баллона с газом, ствола, форкамеры с соплом и рабочей части. При этом в канале ствола установлен поршень и механизм его фиксации в исходном положении. Кроме того, установка снабжена трубой с глухим концом и окнами, размещенной в полости баллона с газом и сочлененной с торцем ствола установки. При этом указанные окна выполнены на участке трубы в районе ее стыка с названным стволом. Технический результат: повышение работоспособности установки и безопасности эксперимента. 1 ил.

Предлагаемое изобретение относится к области экспериментальной аэрогазодинамики и может быть использовано для проведения аэро- и газодинамических исследований на установках адиабатического сжатия.

Известна установка адиабатического сжатия (УАС). Необходимые параметры рабочего газа в ней получаются при сжатии поршнем, движущимся под действием разности давлений толкающего (в баллоне) и рабочего (в стволе) газа. Но при этом в рабочий газ вкладывается менее 25% энергии, запасенной в баллоне, что не позволяет (учитывая также тепловые потери в процессе сжатия) получать при данных геометрических размерах установки высокие режимы с температурой торможения Т_О≥2000K. Такие режимы могут быть получены при подведении к рабочему газу в конце процесса сжатия большого количества дополнительной энергии, например, при электрическом разряде или экзотермических реакциях в рабочем газе (при сжигании воздушно-водородной смеси, разложении закиси азота и т.п.). Энергия толкающего газа в баллоне используется в этом случае для начала разложения или воспламенения смеси газов.

Однако получение и использование этих повышенных режимов на УАС не представляется возможным по условиям безаварийной работы установки. Дело в том, что при работе на обычных режимах поршень при обратном движении обладает небольшой кинетической энергией и затормаживается в стволе недалеко от форкамеры. При работе же на повышенных режимах с подведением большого количества энергии к рабочему газу в конце процесса сжатия поршень приобретает значительную кинетическую энергию, и запаса энергии газа в баллоне уже недостаточно, чтобы затормозить поршень в стволе. И это приводит к аварии. Такой случай произошел при разложении закиси азота в стволе установки предприятия, в результате чего вышли из строя сам поршень и несколько узлов установки.

Целью предлагаемого изобретения является создание конструкции установки адиабатического сжатия, позволяющей без аварий получать и использовать режимы с повышенными параметрами рабочего газа в форкамере (Т_О ≥2000K) при подведении к нему в конце процесса сжатия большого количества дополнительной энергии.

Эта цель достигается за счет постановки в баллон трубы, конструктивно являющейся продолжением ствола и имеющей глухой конец, а в месте соединения со стволом - окна, сообщающие полости баллона и трубы. В ней производится гашение скорости поршня при его обратном движении.

В результате применения предлагаемого изобретения обеспечивается безопасность при работе на повышенных режимах при подведении большого количества дополнительной энергии к рабочему газу в конце процесса сжатия, что позволяет реализовать высокие параметры рабочего газа (Р˜2000 атм, Т_О≥2000K) и существенно расширить рабочий диапазон установки адиабатического сжатия,

На чертеже приведена принципиальная схема предлагаемой конструкции установки адиабатического сжатия. Она состоит из баллона 1 с внутренней трубой 2, ствола 3, поршня 4, механизма стопорения поршня в исходном положении 5, форкамеры 6, сопла 7 и рабочей части 8.

Труба в баллоне имеет одинаковый диаметр со стволом, конструктивно является его продолжением, что позволяет поршню перемещаться по трубе вплоть до ее глухого конца. В начале трубы имеются окна, сообщающие полости баллона и трубы.

Перед экспериментом поршень удерживается механизмом стопорения на стыке баллона и ствола. В баллоне и трубе находится толкающий газ давлением до 300 атм, в стволе - рабочий газ (смесь газов) давлением до 10 атм. После освобождения поршень под действием разности давлений начинает двигаться по стволу, сжимая рабочий газ. При этом толкающий газ из баллона втекает в ствол через окна в трубе. В конце процесса сжатия при достижении определенных параметров происходит экзотермическая реакция, либо производится электрический разряд. Параметры рабочего газа существенно повышаются. Возрастающим давлением поршень отбрасывается назад. При его обратном движении до исходного положения при сжатии расширившегося толкающего газа поглощается только часть кинетической энергии поршня. Полное гашение его скорости происходит уже в трубе, когда давление сжимаемого газа возрастает более интенсивно, так как сжатие производится в довольно ограниченном объеме и с большого давления, равного начальному давлению толкающего газа. Перетекающий в это время из баллона в ствол через окна в трубе толкающий газ способствует быстрому торможению поршня при следующем ходе, в результате чего вскоре происходит полная остановка поршня.

Формула изобретения

Аэродинамическая установка адиабатического сжатия, состоящая из баллона с газом, ствола, в канале которого установлен поршень и механизм его фиксации в исходном положении, форкамеры с соплом и рабочей части, отличающаяся тем, что, с целью повышения как работоспособности установки, так и безопасности эксперимента, она снабжена трубой с глухим концом и окнами, размещенной в полости баллона с газом и сочлененной с торцом ствола установки, при этом указанные окна выполнены на участке трубы в районе ее стыка с названным стволом.

РИСУНКИ