Установка адиабатического неизоэнтропического сжатия

Полезная модель относится к установкам для испытаний, в частности к гиперзвуковым аэродинамическим трубам адиабатического сжатия и может быть использована, например, для моделирования условий полета летательных аппаратов на гиперзвуковых скоростях, для изучения задержек воспламенения топливно-воздушной смеси двигателей внутреннего сгорания, для изучения воздействия плазменного потока на различные материалы, для получения излучающей плазмы и т.д. В установке адиабатического неизоэнтропического сжатия, содержащей магистраль толкающего газа, запускающее устройство, камеру толкающего газа, ствол, закрепленный на основании, свободно движущийся основной поршень, диафрагму, сопло и выходную камеру, ствол выполнен переменного сечения с увеличенным диаметром в начальной части его сечения, тем самым сокращая свою длину, и дополнительно установлены предохранительный клапан, а в поршень - дожимающий наконечник со спрофилированными перепускными желобами, причем поршень выполнен большего диаметра по сравнению с диаметром дожимающего наконечника. Использование предлагаемой конструкции установки адиабатического неизоэнтропического сжатия позволяет обеспечить повышение эффективности использования рабочего объема ствола, простоту конструкции, а также повышенную надежность и долговечность.

Полезная модель относится к установкам для испытаний, в частности к гиперзвуковым аэродинамическим трубам адиабатического сжатия и может быть использована, например, для моделирования условий полета летательных аппаратов на гиперзвуковых скоростях, для изучения задержек воспламенения топливно-воздушной смеси двигателей внутреннего сгорания, для изучения воздействия плазменного потока на различные материалы, для получения излучающей плазмы и т.д.

Известна гиперзвуковая аэродинамическая труба адиабатического сжатия, состоящая из баллона для газа высокого давления, поршня, сжимающего названный газ до заданных параметров и удерживаемого в исходном положении стопорным приспособлением, ствола, сопла, рабочей части, эжектора и диффузора, снабженная подпружиненным обратным клапаном (а.с. СССР №270305, МПК G 01M, Кл. 43 k, 20 БИ №16, 1970, автор Рахматулин Х.А. Гиперзвуковая аэродинамическая труба адиабатического сжатия).

Недостатком их является очень высокое рабочее давление свыше 1000 атм., развиваемое в стволе, которое требует повышенной прочности корпусных деталей установки, что приводит к значительным материальным затратам и опасно при эксплуатации. При этом она не дает возможность получения двухатомных газов при температуре свыше 4000К.

Известна установка адиабатического неизоэнтропического сжатия, содержащая магистраль толкающего газа, запускающее устройство, камеру толкающего газа, ствол, закрепленный на основании, свободно движущийся основной поршень, свободно движущийся вспомогательный

поршень с отверстием, диафрагму, сопло и выходную камеру (Шмелев В.М., Марголин А.Д., Василик Н.Я., Крупкин В.Г., Волов В.Т., Волов Д.Б. Баллистический плазмотрон с вихревой камерой для накачки твердотельных лазеров // Теплофизика высоких температур. 1998. Т.36. №4. С.548).

Недостатком данного технического решения является сложность конструкции за счет наличия двух поршней и не полнота использования рабочего объема ствола постоянного сечения, трудность регулировки начального положения поршней.

Техническим результатом является упрощение конструкции устройства, повышение надежности и долговечности.

Технический результат достигается тем, что в установке адиабатического неизоэнтропического сжатия, содержащей магистраль толкающего газа, запускающее устройство, камеру толкающего газа, ствол, закрепленный на основании, свободно движущийся основной поршень, диафрагму, сопло и выходную камеру, ствол выполнен переменного сечения с увеличенным диаметром в начальной части его сечения, тем самым сокращая свою длину, и дополнительно установлены предохранительный клапан, а в поршень - дожимающий наконечник со спрофилированными перепускными желобами, причем поршень выполнен большего диаметра по сравнению с диаметром дожимающего наконечника.

Использование ствола переменного сечения обеспечивает повышение эффективности использования рабочего объема ствола, а исключение свободно движущегося второго поршня упрощает конструкцию и повышает надежность работы за счет уменьшения износа трущихся поверхностей и сокращения длины ствола.

На фиг.1 показана принципиальная схема установки адиабатического неизоэнтропического сжатия.

Установка адиабатического неизоэнтропического сжатия состоит из магистрали толкающего газа 1, (фиг.1), запускающего устройства (на фиг. не показано), камеры толкающего газа 2, начальной части ствола 3 увеличенного диаметра сечения, закрепленного на основании (на фиг. не показано), части ствола 4, свободно движущегося поршня 5, сопла 6, диафрагмы 10, выходной камеры 7, дожимающего наконечника поршня 8 со специально спрофилированными перепускными желобами и предохранительного клапана 9, открывающегося при задаваемом уровне давления. В дожимающем наконечнике спрофилированы желоба, которые обеспечивают закон перетекания рабочего газа и предотвращают обратное перетекание рабочего газа.

Установка адиабатического неизоэнтропического сжатия работает следующим образом.

Магистраль толкающего газа 1 проводит заполнение камеры толкающего газа 2. Ствол 3 заполняется рабочим газом. При включении запускающего устройства под действием толкающего газа поршень 5 сжимает рабочий газ. Через отверстия, образованные специально спрофилированными желобами в дожимающем наконечнике 8, предварительно сжатый поршнем 5 рабочий газ перетекает в суженую часть ствола 4. При этом, согласно известному явлению (Шмелев В.М., Марголин А.Д., Василик Н.Я., Крупкин В.Г., Волов В.Т., Волов Д.Б. Баллистический плазмотрон с вихревой камерой для накачки твердотельных лазеров // Теплофизика высоких температур. 1998. Т.36. №4. с.548), газ дополнительно разогревается. На второй стадии оставшийся в части ствола 3 большего сечения рабочий газ удаляется через предохранительный клапан 9, прекращая перетекание рабочего газа через спрофилированные желоба, и происходит окончательное сжатие перетекшего в суженную часть ствола рабочего газа дожимающим

наконечником 8. После разрыва диафрагмы 10 рабочий газ перетекает из суженной части ствола 4 через сопло 6 в выходную камеру 7.

Температуру и давление в выходной камере установки адиабатического неизоэнтропического сжатия изменяют подбором диаметров сечений ствола, изменением длины ствола, изменением формы и размеров спрофилированных желобов, изменением диаметра критического сечения сопла, использованием различных по природе газов и их смесей, изменением энергии толкающего газа.

Использование конструкции установки адиабатического неизоэнтропического сжатия позволяет обеспечить повышение эффективности использования рабочего объема ствола, простоту конструкции, повышенную надежность и долговечность.

Установка адиабатического неизоэнтропического сжатия, содержащая магистраль толкающего газа, запускающее устройство, камеру толкающего газа, ствол, закрепленный на основании, основной поршень, диафрагму, сопло и выходную камеру, отличающаяся тем, что, ствол выполнен переменного сечения с увеличенным диаметром в начальной части его сечения, и дополнительно установлены предохранительный клапан, а в поршень - дожимающий наконечник со спрофилированными перепускными желобами, причем поршень выполнен большего диаметра по сравнению с диаметром дожимающего наконечника.