Сверхзвуковое осесимметричное профилированное сопло аэродинамической трубы

 

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамики и может быть использовано в конструкциях гиперзвуковых аэродинамических труб. Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик путем расширения диапазона чисел М и повышение качества потока на выходе из сопла. Для этого отношение длин отсеков составляет L₂/L₁=(0,63 0,02)(D/d_*)^0,6 , где L₁ - длина сменного отсека 1; L₂ - длина стационарного отсека 2; D - диаметр выходного сечения; d_* - диаметр критического сечения сопла. 3 ил.

Изобретение относится к экспериментальной аэродинамике и может быть использовано в конструкциях гиперзвуковых аэродинамических труб. Целью изобретения является улучшение эксплуатационных характеристик путем расширения диапазона чисел М и повышения качества потока на выходе из сопла. На фиг. 1 приведена конструкция сверхзвукового профилированного сопла; на фиг. 2 и 3 результаты экспериментальных исследований течений газа в этом сопле со сменными отсеками на числа М_i=4, 5, 6, 8 и 9. Сопло состоит из сменного отсека 1 и стационарного (постоянного) отсека 2. Сменный отсек 1 представляет собой разгонный участок сопла. Он состоит из сужающейся и расширяющейся частей, обеспечивающих разгон потока до заданного значения числа М_о. Постоянный отсек 2 - это выравнивающий участок сопла. Для конкретной аэродинамической трубы полная длина сопла L, диаметры входного D_вх и выходного D сечений сопла считаются заданными. Диаметр d_* критического сечения при заданном диаметре выходного сечения зависит от значения числа М на выходе из сопла и определяется расчетным путем. Для сопла, представленного на фиг. 1, полная длина L=1028 мм, D_вх=80 мм, D= 150 мм, d_* =12,8 мм. Контур сужающейся части сопла задавался в виде сопряжения двух дуг окружностей, связывающих входное и критическое сечения сопла. Контур расширяющегося участка сопла рассчитывался численно на ЭВМ. Зная полную длину сопла L, диаметр выходного D и критического d_* сечений, легко найти длины сменной L₁ и постоянной L₂ его частей, используя предложенную зависимость L₂/L₁=(0,63 0,02)x(D/d_* )^0,6. Так как L₁+L₂=L, то из этих двух соотношений следует, что L₁=L[(1+(L₂/L₁)]^-1, L₂=(L₂/L₁) [1+(L₂/L₁)]^-1L. Для сопла на число М_о=7 соотношение L₂/L₁=2,78, тогда длина L₁=272 мм, а L₂=756 мм. Для профилированного сопла на число М_о=7 изготовлены и испытаны сменные отсеки на числа M_i= 4, 5, 6, 8 и 9. Для сменного отсека на число M=M₁, большее или меньшее, чем M_o, длина и форма внутреннего контура расширяющейся части находились в результате численного расчета из условия реализации однородного потока газа в области постоянного отсека сопла. Эта задача решалась при использовании того же расчетного метода, с помощью которого находился контур сверхзвуковой (расширяющейся) части исходного сопла. Равенство длин всех сменных отсеков достигается соответствующим изменением длины сужающейся части сопла. Укажем, что постоянный отсек сопла имел технологический разъем 3. При работе предлагаемого сверхзвукового профилированного сопла в контуре аэродинамической трубы изменение числа М на выходе из сопла достигается за счет замены сменных отсеков, имеющих диаметры критических сечений, большие или меньшие диаметра критического сечения d_* исходного сопла. Предложенная конструкция профилированного сопла со сменным отсеком позволяет расширить диапазон его работы от М=М_о-3 до М=М_о+2, т.е. М=5. При этом оно обеспечивает реализацию в указанном диапазоне высокого качества потока с величиной неравномерности M/M<1%. Об этом свидетельствуют результаты экспериментального исследования полей течения в профилированном сопле на число М_о=7, приведенные на фиг. 2 и 3. В верхней части фиг. 2 показаны расчетные и экспериментальные распределения чисел М по оси х сопла (отсчет х ведется от выходного сечения сопла). В нижней части фиг. 2 показаны контуры сменных отсеков на числа М=4, 7 и 9 и контур постоянного отсека сопла. На фиг. 3 приведены поперечные поля чисел М в выходном сечении сопла. Справа от каждой экспериментальной зависимости М(у) указаны значения давления Р_о и температуры Т_о торможения потока, при которых проводились испытания.

Формула изобретения

СВЕРХЗВУКОВОЕ ОСЕСИММЕТРИЧНОЕ ПРОФИЛИРОВАННОЕ СОПЛО АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЫ, содержащее установленные последовательно сменный и стационарный отсеки, образующие своими внутренними поверхностями контур сопла, отличающееся тем, что, с целью улучшения эксплуатационных характеристик путем расширения диапазона чисел М и повышения качества потока на выходе из сопла, отношение длин отсеков составляет = (0,63 0,02)(D/d_*)^0,6, где L₁ - длина сменного отсека; L₂ - длина стационарного отсека; D - диаметр выходного сечения; d_* - диаметр критического сечения сопла.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4

MM4A Досрочное прекращение действия патента Российской Федерации на изобретение из-за неуплаты в установленный срок пошлины за поддержание патента в силе

Дата прекращения действия патента: 15.12.2005

Извещение опубликовано: 20.11.2006        БИ: 32/2006

---