Сверхзвуковая аэродинамическая камера для учебных целей

 

Q rI И С А H И Е ().875444

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советски н

Социалистические

Республик (61) дополнительное к авт. саид-ву (22) Заявлено 18. 12. 79 (21) 2876574/28-12 с присоеаинением заявки М (23) Приоритет (51)Л%. Кл.

G 09 В 23/12

G 0l M 9/00

Государственный комнтет

СССР во ленам нзобретеннй н открытий

Опубликовано 23, 10.81. бюллетень Ич 39

Лата опубликования описания 23 . 10.8 1 (5Ç) УЙК 533,607 (088. 8) ! р, (72) Авторы изобретения

Л.К.Янко, 11.Ñ.Ïëèøêî, В. 1.11лишко и О.Л.Горба ев

1, "" -:- ::А

Киевский ордена Трудового Красного Знамени институт инженеров гражданской авиации и Завод 410 гражданской авиации (71) Заявители (54) СВЕРХЗВУКОВАЯ АЭ1 0;111НЛМИЧЕСКАЯ КАМЕРА

ДЛЯ УЧЕБНЫХ ЦЕ !ЕЙ

Изобретение относится к учебным пособиям, используемым при изучении сверхзвуковых воздушно-реактивных двигателей (ВРД), в частности при изучении теории входных и выходных устройств. этих двигателей.

Известно устройство обратной связи системы управления регулируемого сопла, содержащее плоское сопло с верхней подвижной стенкой, расположенной с зазором между двумя параллельными непрозрачными боковыми стенками и кинематически связанной с системой управления ! ).

Известен также плоский, регулируемый диффузор аэродинамической уста15 ковки с поворотными панелями, установленными с зазором между боковыми непрозрачными стенками, причем их хвостовые части связаны с механизмом

20 управления панелями, состоящим из ходового винта и гаек (2 ).

Недостатком известных диффуэоров является выполнение его с непроэрачными стенками, что не обеспечивает визуализацию воздушного потока внутри диффузора.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности .является сверхзвуковая аэродинамическая труба с закрытой рабочей частью, предназначеннаи для учебных целей. Труба содержит сверхзвуковое сопло Лаваля и модель сверхэвуковогo входного диффуэора воздушно-реактивного двигателя с плоскими непрозрачными боковыми стенками, установленные в корпусе со съем ными монтажными люками. Для проведения испытаний при различных числах

M имеются парные сменные вкладыши сопла, профилированные в вертикальной плоскости, для замены которых необходимо отключить установку и снять монтажные люки. В вертикальных стентсах. трубы установлены смотровые окна, позволяющие визуализировать внешнюю картину потока между соплом и диффуэором (3).

8754

Однако известная аэродинамическая установка не позволяет демонстрировать внутреннюю часть потока как в сопле, так и в диффузоре от передней их кромки до критического сечения и далее по потоку. Кроме того, она не позволяет демонстрировать внутренний спектр потока при изменении его скорости, температуры и давления набегающего потока, а также при различных способах регулирования моделей сверхзвуковых входных диффузоров ВРД.

Цель изобретения — визуализация спектра потока на переходных режимах работы при изменении аэродинамических параметров, а также расширение эксплу-. атационных возможностей путем обеспечения регулирования сопла и диффузора в процессе эксперимента.

Поставленная цель обеспечивается тем, что в сверхзвуковой аэродинамической камере для учебных целей, содержащей установленные в корпусе, .имеющем плоские боковые стенки, сопло Лаваля и модель сверхзвукового входного диффузора воздушно-реактивного двигателя с плоскими боковыми стенками, между которыми расположены профилированные в вертикальной плоскости две другие стенки согласно изобретению боковые стенЭ

30 ки сопла и диффузора выполнены прозрачными за одно целое с боковыми стенками корпуса, а, по крайней мере, одно из двух профилированных в вертикаль- . ной плоскости стенок сопла и диффузора установлена с возможностью регули35 ровки ее положения B вертикальной плоскости

На фиг. 1 изображена описываемая камера, общий вид, на фиг. 2 — сечение

А-А на фиг. 1; на фиг. 3 — колодки камеры с панелями, на фиг. 4 — узел, направляющий рейку верхней панели диффузора, на фиг. 5 — механизм перемещения панели диффузора.

Сверхзвуковая аэродинамическая камера содержит прозрачные боковые стенки 1, верхнюю 2 и нижнюю 3 колодки, нижнюю нерегулируемую панель 4 сопла

Лаваля выполненную за одно целое с колодкои 3, верхнюю упругую, регулируемую :з .процессе эксперимента панель

5 сопла, консольно выполненную за одно целое с колодкой 2 регулировочный винт панели 6, нижнюю нерегулируемую панель 7 диффузора, поворотный хвостовик 8 панели 7, регулировочный винт

9 хвостовика 8, отверстия для замера статических и полных давлений рабо44

4 чего тела по длине сопла и дцффузора

10, верхнюю регулируемую в процессе эксперимента панель II диффузора, механизм 12 продольного перемещения панели, регулировочные винты !3- 15 поперечного перемещения и поворота панели, резьбу 16 для соединения панели

11 с перемещающей ее рейкой 17, винтограничитель !8 рейки, стяжные болты 19 камеры, проставки 20, по толщине равные прозрачным стенкам 1, боковые щеки 21 прижимающие стенки

1 к колодке 3 с неподвижными панеля- ми 4 и 7, смотровые окна 22 в щеках

2l, прокладку 23 между стенками и щеками 21, передний фланец 24 крепления камеры к системе подвода рабочего тела, задний фланец 25 крепле" ния камеры к системе выпуска рабочего тела с механизмом перемещения верхней панели диффузора !2, отверстия

26 во фланцах под винты крепления их к колодкам,и щекам, резьбовые отверстия 27 и 28 соответственно .в колодках 2 и 3 и в щеках 21 для крепления фланцев 24 и 25 к колодкам 2 и 3, и щекам 21, резиновые уплотнительные прокладки 29 под фланцы 24 и 25, винты 30 крепления фланцев 24 и 25 к камере.. Камера устройства представляет собой плоский канал, боковые стенки

1 которого выполнены прозрачными и расположены параллельно друг другу.

Верхняя и нижняя стенки представляют собой профилированные в вертикальной плоскости панели 4, 5, 7 и 11, придающие необходимую меридиальную форму проточной части канала. В передней части камеры расположено сопло

Лаваля, панели которого выполнены за одно целое с колодками 2 и 3. Нижняя профилированная панель 4 жесткая неподвижная, а верхняя 5 — консольная, упругая, гибкая, обеспечивающая регулирование сопла регулировочным винтом 6. За соплом последовательно установлена модель сверхзвукового входного диффузора. его нижняя панель .7 жесткая, неподвижная, выполнена за одно целое с колодкой 3. К панели 7 шарнирно прикреплена ее поворотная хвостовая часть 8, служащая для регулирования ВННТ9М 9 давления (расхода воздуха) на выходе из диффузора. Между панелью 7..и„ колодкой 3 имеются фрезерованные полости, служащие для прохода воздуха, омывающего панель снаружи и исключаю5 8 ющие запирание камеры. Жесткие неподвижные панели 4 и 7 сопла и диффузора дренированы отверстиями 10 для измерения статических и полных давлений по длине проточной части камеры. Для обеспечения параллельности боковых граней колодок 2 и 3 и панелей 4, 5, 7 и 11 а, следовательно, одинаковой ширины всей проточной части камеры, боковые грани после окончательного изготовления и профилирования панелей подвергаются совместной обработки на плоскошлифовальном станке с мелкозернистым кругом до 9-10 класса точности. После этого на боковых поверхностях верхней консольной панели сопла и поворотного хвостовика нижней панели диффузора с двух сторон снимается по

0,015-0,025 мм, что позволяет им перемещаться в процессе регулирования без больших потерь давления рабочего тела. Колодки 2 и 3 выполняются на 1,5-2 мм длиннее расчетной длины проточной части камеры.

Верхняя панель ll диффузора с заостренно1 передней кромкой имеет с внутренней стороны профилированную выпуклость, образующую в собранном виде камеры горловое проходное сечение диффузора. Эта панель выполнена отдельно от колодки 2 и в процессе эксперимента может перемещаться регулировочным механизмом 12 вдоль потока, поперек к нему (винтами 13-15) и изменять угол наклона, т.е. поворот потока (теми же винтами 13-15).

Это позволяет в процессе эксперимент та устанавливать расчетный режим работы диффузора при различных скоростях набегания потока и выводить его из расчетного режима. Панель имеет на одном конце резьбу 16 для соединения с перемещающей ее рейкой 17 с ограничителем 18. После окончательного изготовления и профилирования панели 11 ее боковые грани обрабатываются на плоскошлифовальном станке с мелкозернистым кругом так, чтобы ее толщина была на 0,025-0,030мм меньше толщины колодок, т.в. ширины проточной части камеры. Затем боковые поверхности этой панели обрабатываются на притирочной плите с пастой до 12-14 класса чистоты. Все панели и колодки выполняются из упругой стали, дюраля Д-1 или латуни, 75444 6

15

Боковые стенки 1 выполнены из шлифованного стекла, без царапин, включений и поврежцений. Длина стекол должна быть равной расчетной длине камеры. Ширину стекол нужно выполнять с учетом заданной ширины. камеры, стяжные болты которой 19 должны проходить через проставки 20, по толщине, равные толщине стекол 1. Стекла изготавливаются прямоугольными плоскопараллельными, их торцы шлифуются, фаски чисто снимаются на всех длинных сторонах для предупреждения концентрации напряжений при сборке камеры. На коротких сторонах каждого стекла. снимаетсл по одной глубокой фаске и только посредине стекла — в области перемещения верхней панели

ll входного диффузора. Эти фаски необходимы для облегчения ввода панели в проточную часть камеры (при сбор2О ке), беэ повреждения передней острой кромки. В середине щек прорезаются прямоугольные удлиненные вдоль камеры окна.22 для визуального наблюдения за проточной частвю. Простав25 ки 20 и щеки 21 должйы иметь ширину, соответствующую ширине камеры, а длину — на 1,5-2 мм больше ее расчетной длины, При сборке пакета камеры между ко" зо лодками 2 и 3 с.панелями 4, 5, 7 и .

ll и стеклами 1 уплотнительные прокладки не устанавливаются, Между стеклами 1, проставками 20 и щеками 21 pasмещаются толстые бумажные прокладки

23. Это обеспечивает равномерное распределение нагрузки на стекла при сжатии пакета болтами 19. В окончатель но собранном виде пакет обрабатывается по торцам до стекол 1, К торцам

4о,пакета монтируются передний 24 и задний 25 фланцы с проточными окна« ми и закрепляются винтами с потайными головками.

Камера крепится на установке перед45 ним фланцем к трубопроводу подвода воздуха, а задним - к системе отвода воздуха с узлом, направляющим рейку

17(фиг. 4J подвижной панели диффуэора:. и механизмом ве перемещения (фиг. 5).

Камера работавт совместно с оптическим прибором типа ИАВ-451 или дру" гими, позволяющими фиксировать линии скачков и волн отражения, возникающих при торможвнии сверхзвукового по55

Камера работает следующим образом.

Включают и настраивают оптическую систему прибора. При этом вся проточная часть сопла и диффузора должна

7 875444 находиться в поле видимости прибора.

Закрепляют и: кране лист белой прозрачной бумаги и, затемнив помещение, фокусируют на нем изображение проточной масти камеры.

Включают агрегаты подачи воздуха и устанавливают перепад давлений до и после камеры, равный приблизительно трем. При достижении стабильности по- . тока (по температуре и давлению ) ре° гулировочным винтом 6 устанавливают расчетный режим работы сопла Лаваля.

При этом статическое давление на срезе сопла должно быть близким к давлению в выпускной системе.

Регулировочным механизмом 12 устанавливают верхнюю панель 11 диффузора так., чтобы ее передняя кромка находилась вблизи среза сопла (в ромбе из-. мерений). Регулировочным винтом 9 < открывают выходное сечение диффузора. Регулировочными винтами 13-15 и механизмом 12, изменяя величину проходного сечения горла и угла скоса потока, осуществляют запуск диффузора, характеризующийся появлением косого скачка, направленного от передней кромки верхней панели 11 к кромке нижней панели 7, волн отражения и замыкающего прямого скачка, расположенного между горлом и выходным сечением .

На листе бумаги, закрепленном на экране, обрисовывают контуры входного диффузора и проводят линии косого скачка, волн отражения и прямого замыкающего скачка. Одновременно

35 записывают значения полных давлений на входе в диффузор (перед системой скачков) и на выходе (за. скачками).

Результаты заносят в таблицу.

Уменьшая величину площади выходного сечения диффузора, регулировочным винтом 9 перемещают прямой замыкающий скачок от выходного сечения к горлу и дальше вплоть до его выбивания и превращения в головную волну.

Для 5-6 положений прямого скачка записывают значения полных давлений на входе и на выходе.

Формула изобретения

Устанавливают еще 2-3 более высоких значения перепадов давлений на камере, При этом каждый раз повышением степени уширения сопла Лаваля (.регулировочным винтом 6) осуществляют полное расширение газа и увеличивают скорость набегающего потока.

Дальнейшее регулирование диффузора., зарисовки на бумаге экрана и снятие показаний приборов осущест8 вляются в описанной выше последовательности.

В процессе выполнения работы визуально наблюдают влияние изменения температуры набегающего потока (изменение приведенного расхода ) на устойчивость работы входного диффузора. Демонстрируют неустойчивую работу диффуэора помпаж).

По опытным данным приближенно можно определить коэффициент восстановления полного давления.

Предлагаемое изобретение имеет следующие преимущества:

1. Вследствие прозрачности плоских боковых стенок сопла Лаваля и модели сверхзвукового входного диффузора ВРД представляется воэможность на всех режимах работы наблюдать и фотографировать спектры течений.

2. Подвижные верхние панели камеры позволяют обеспечить регулирование сопла и диффузора в процессе эксперимента от запуска до полного выключения установки. Боковые зазоры подвижных панелей 0,025-0,30 мм не вызывают больших потерь массы рабочего тела и его давления и не нарушают закономерностей течений.

3. Прозрачные, регулируемые в процессе эксперимента сопло Лаваля и входной диффузор дают возможность иллюстрировать все сложные физические процессы: протекающие при торможении сверхзвукового потока в плоских входных устройствах ВРД, что эффективно способствует изучению теории этих устройств.

Сверхзвуковая аэродинамическая камера для учебных целей, содержащая установленные в корпусе, имеющем плос" кие боковые стенки, сопло Лаваля и модель сверхзвукового входного диффузора воздушно-реактивного двигателя с плоскими боковыми стенками, между которыми расположены профилированные в вертикальной плоскости две другие стенки, о т л и ч а ю— щ а я с я тем, что, с целью визуализации спектра потока на переходных рехммах работы при измененйи аэродинамических параметров, а также расширения эксплуатационных воэможностей, бок .вые стенки сопла и диффузора выполнены прозрачными эа одно це875444

9 лое с боковыми стенками корпуса а

1 Ф по крайней мере, одна из двух профилированных в вертикальной плоскости стенок сопла и диффузора установлена с возможностью регулировки ее положения в вертикальной плоскости.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

I, Авторское свидетельство СССР .

У 328360, кл. G 01 М 9/00, 1970.

2. Авторское свидетельство СССР

У 143658, кл. G 01 М 9/00, 1961.

5 3. Бурышев Б.И., Дмитриев О.В.

Крычик A.Ô. и Хоменко В.С. Руководство к лабораторным работам по аэродинамике летательного аппарата. К., 1970, с. 27-32 (прототип) .

875444

Составитель И.Крылова

Редактор Т.Киселева Техред А.Бабинец Корректор М. Коста

Заказ 9343 77 . Тираж 487 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035 ° Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Филиал ПНП Патент, r..ужгород, ул. Проектная,