Способ подготовки газа для исследований в гиперзвуковой аэродинамической трубе и устройство для его осуществления (варианты)
Владельцы патента RU 2595324:
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФГУП "ЦАГИ") (RU)
Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано при исследовании характеристик летательных аппаратов. В способе подготовки газа для исследований в гиперзвуковой аэродинамической трубе, содержащем операцию разогрева требуемого количества газа до температуры торможения Т0 и операцию его пропускания с требуемыми давлением торможения Р0 и температурой торможения Т0 через аэродинамическое сопло, параллельно разогревают две порции газа до разных среднемассовых температур в двух нагревателях газа. В первом - до максимальной температуры T1, которую допускает конструкция нагревателя газа и которая превышает температуру торможения Т0 (Т1>Т0), во втором - до температуры Т2, меньшей температуры торможения Т0 (Т2<Т0). Затем смешивают порции газа за нагревателями газа и пропускают через нивелирующий нагреватель газа и направляют в аэродинамическое сопло аэродинамической трубы. Также предложено устройство для подготовки газа для исследований в гиперзвуковой аэродинамической трубе, которое содержит источники рабочего газа, основной, дополнительный и нивелирующий нагреватели газа, камеру смешивания, систему регулирования расхода газа через нагреватели газа, аэродинамическое сопло, рабочую часть, систему выхлопа. Технический результат - обеспечение возможности увеличения расхода и тепловой мощности потока рабочего газа через гиперзвуковую аэродинамическую трубу и расширение области режимов эксплуатации. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Изобретения относятся к области экспериментальной аэродинамики и могут быть использованы при исследовании характеристик летательных аппаратов.
Широко известен способ подготовки рабочего газа для исследований в аэродинамической трубе (АДТ), в котором требуемое количество газа разогревают до температуры торможения Т0 в подогревателе и при требуемом давлении торможения пропускают через аэродинамическое сопло в рабочую часть.
Устройство для осуществления этого способа содержит источник рабочего газа, нагреватель газа, аэродинамическое сопло, рабочую часть с системой выхлопа газа, систему обеспечения постоянства параметров потока перед соплом (см. Аэродинамические трубы и газодинамические установки зарубежных стран. Обзор ОНТИ ЦАГИ №664. Издательский отдел ЦАГИ, 1986, стр. 181, 193, 214, 232-238).
Недостатком указанных технических решений является то, что имеются ограничения по увеличению расхода и тепловой мощности потока рабочего газа через нагреватель (а следовательно, и через АДТ) при сохранении в допустимых пределах размеров АДТ и ограничение возможности использования конкретной АДТ для работы на различных режимах при эффективном использовании возможностей элементов АДТ. Это ограничивает область возможного применения АДТ.
Задачей настоящих изобретений является расширение области возможного применения АДТ.
Технический результат, обеспечиваемый изобретениями, состоит в обеспечении возможности увеличения расхода и тепловой мощности потока рабочего газа через гиперзвуковую АДТ и расширение области режимов, в которой целесообразно эксплуатировать конкретную гиперзвуковую АДТ.
Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в способе подготовки газа для исследований в гиперзвуковой аэродинамической трубе, содержащем операцию разогрева требуемого количества газа до температуры торможения Т0, и операцию его пропускания с требуемыми давлением и температурой торможения Р0 и Т0 через аэродинамическое сопло, параллельно разогревают две порции газа до разных среднемассовых температур в двух нагревателях газа: в первом - до максимальной температуры T1, которую допускает конструкция нагревателя газа и которая превышает температуру торможения Т0 (T1>T0), во втором - до температуры Т2, меньшей температуры торможения Т0 (Т2<Т0), и затем смешивают порции газа за нагревателями газа, при этом суммарный расход газа через нагреватели газа должен быть равным требуемому расходу газа через сопло гиперзвуковой аэродинамической трубы, а величины порций газа должны быть такими, чтобы после их смешивания в потоке была среднемассовая температура Т, близкая к температуре торможения Т0, после этого газ для выравнивания параметров потока в поперечном сечении пропускают через нивелирующий нагреватель газа и направляют в аэродинамическое сопло аэродинамической трубы.
Указанный результат достигается тем, что устройство для подготовки газа для исследований в гиперзвуковой аэродинамической трубе, содержащее источник рабочего газа, нагреватели газа, аэродинамическое сопло, рабочую часть с системой выхлопа газа, систему обеспечения постоянства параметров потока перед соплом, имеет три нагревателя газа: основной, дополнительный и нивелирующий с автономными системами разогрева газа до разных температур, камеру смешивания и систему регулирования расходов газа через основной и дополнительный нагреватели газа, причем основной нагреватель газа, камера смешивания и нивелирующий нагреватель газа соединены последовательно и установлены между источником рабочего газа и аэродинамическим соплом, дополнительный нагреватель газа установлен параллельно с основным нагревателем газа и соединен с источником рабочего газа и камерой смешивания, при этом все нагреватели газа являются нагревателями регенеративного типа.
Технический результат также достигается тем, что в варианте выполнения устройства для подготовки газа для исследований в гиперзвуковой аэродинамической трубе основной нагреватель газа является электродуговым.
Блок-схема устройства для подготовки газа для исследований в гиперзвуковой АДТ по предлагаемому способу приведена на фиг. 1.
Устройство содержит источники рабочего газа 1, 2, основной 3, дополнительный 4 и нивелирующий 5 нагреватели газа, камеру смешивания 6, систему 7 регулирования расходов газа через нагреватели 3 и 4, аэродинамическое сопло 8, рабочую часть 9, систему выхлопа 10. Камера смешения 6 и нивелирующий нагреватель газа 5 соединены последовательно и установлены между источником 1 рабочего газа и аэродинамическим соплом 8. Дополнительный нагреватель газа 4 установлен параллельно с основным нагревателем газа 3 и соединен с источником 2 рабочего газа и камерой 6 смешивания. Источники рабочего газа могут быть выполнены в виде емкости, мультипликатора давления или газостата (емкость с нагревателем для разогрева рабочего газа внутри емкости). Нагреватели газа являются нагревателями регенеративного типа с теплоаккумулирующими насадками (ТАН). Основной нагреватель во втором варианте исполнения устройства - электродуговой.
Устройство, приведенное на фиг. 1, работает следующим образом. Подготавливают элементы гиперзвуковой аэродинамической трубы к работе с потоком газа. Разогревают теплоаккумулирующие насадки нагревателей газа до требуемых среднемассовых температур: в основном нагревателе газа 3 - до максимальной температуры T1, которую допускает конструкция нагревателя газа и которая превышает температуру торможения Т0 (Т1>Т0); в дополнительном нагревателе газа 4 - до температуры Т2, меньшей температуры торможения Т0 (Т2<Т0), в нивелирующем нагревателе газа 5 - до температуры Т3=Т0, которая постоянна вдоль оси теплоаккумулирующей насадки. При работе гиперзвуковой аэродинамической трубы пропускают разные порции газа через нагреватели газа 3 и 4, смешивают их в камере 6 смешивания. При этом система 7 регулирования расхода газа через нагреватели газа 3 и 4 обеспечивает суммарный расход газа через нагреватели газа равным требуемому расходу газа через сопло гиперзвуковой аэродинамической трубы, а величины порций газа, проходящие через нагреватели газа, обеспечиваются такими, чтобы после смешивания потоков в камере 6 смешивания их среднемассовая температура Т была близка к температуре торможения Т0. При прохождении потока газа через нагреватель газа 5 его параметры (давление и температура) выравниваются в поперечном сечении до значений давления торможения Р0, температуры торможения Т0 и направляются в аэродинамическое сопло аэродинамической трубы.
Использование предлагаемых изобретений обеспечивает возможность увеличить расход и тепловую мощность потока рабочего газа через гиперзвуковую аэродинамическую трубу при сохранении в допустимых пределах размеров элементов гиперзвуковой аэродинамической трубы и даст возможность использовать конкретное устройство для работы на различных режимах при эффективном использовании возможностей элементов гиперзвуковой аэродинамической трубы.
В итоге использование изобретений расширяет область применения гиперзвуковой аэродинамической трубы.
1. Способ подготовки рабочего газа для исследований в гиперзвуковой аэродинамической трубе, содержащий операцию разогрева требуемого количества газа до температуры торможения Т0 и операцию пропускания газа с требуемыми давлением торможения Р0 и температурой торможения Т0 через аэродинамическое сопло, отличающийся тем, что параллельно разогревают две порции газа до различных среднемассовых температур в 2 разных нагревателях газа: в первом - до максимальной температуры Т1, которую допускает конструкция нагревателя газа и которая превышает температуру торможения Т0 (T1>T0), во втором - до температуры Т2, меньшей температуры торможения Т0 (Т2<Т0), затем смешивают порции газа за нагревателями газа, при этом суммарный расход газа через нагреватели должен быть равным требуемому расходу газа через сопло гиперзвуковой аэродинамической трубы, а величины порций газа должны быть такими, чтобы после их смешивания в потоке была среднемассовая температура Т, близкая к температуре торможения Т0, после этого газ для выравнивания параметров потока в поперечном сечении пропускают через нивелирующий нагреватель газа и направляют в аэродинамическое сопло гиперзвуковой аэродинамической трубы.
2. Устройство для подготовки газа для исследований в гиперзвуковой аэродинамической трубе, содержащее источник рабочего газа, нагреватели газа, аэродинамическое сопло, рабочую часть с системой выхлопа газа, систему обеспечения постоянства параметров потока перед соплом, отличающееся тем, что содержит три нагревателя газа регенеративного типа: основной, дополнительный и нивелирующий с автономными системами разогрева газа до разных температур, камеру смешивания и систему регулирования расхода газа через основной и дополнительный нагреватели газа, причем основной нагреватель газа, камера смешивания и нивелирующий нагреватель газа соединены последовательно и установлены между источником рабочего газа и аэродинамическим соплом, дополнительный нагреватель газа установлен параллельно с основным нагревателем газа и соединен с источником рабочего газа и камерой смешивания.
3. Устройство для подготовки газа для исследований в гиперзвуковой аэродинамической трубе по п. 2, отличающееся тем, что основной нагреватель газа является электродуговым.
