Способ получения гиперзвукового потока

 

Использование: при получении в наземных условиях высокоэнергетических потоков рабочего газа, пригодных для моделирования условий гиперзвукового полета в атмосфере Земли. Сущность: способ получения гиперзвукового потока заключается в предварительном разгоне газа в расширяющейся части сопла Лаваля до чисел Маха 4-6 и последующем его разгоне в цилиндрической части сопла путем отвода тепла от потока, благодаря чему обеспечивается создание скоростного потока газа с высокими натурными значениями параметров моделирования, а именно с высоким давлением торможения создаваемого потока при нормальном значении давления газа в форкамере, а также упрощения конструкции установки и сбережения энергоресурсов. 1 ил.

Изобретение относится к способам получения в наземных условиях высокоэнергетических потоков рабочего газа, пригодных для моделирования условий гиперзвукового полета в атмосфере Земли.

Известны методы разгона газа до гиперзвуковых скоростей с помощью геометрического, теплового, расходного и механического воздействий или их комбинаций /1/.

Однако практически во всех известных аэродинамических установках высокоскоростной поток получают за счет разгона газа, вытекающего из форкамеры, при помощи расширяющегося сопла Лаваля, т.е. за счет одного из возможных воздействий геометрического /2/.

Достигаемая при таком способе разгона степень моделирования условий натурного полета определяется, в основном, величиной давления и температуры газа в формкамере.

За прототип выбран способ получения высокоскоростных потоков с максимальным приближением к натурным условиям полета по таким основным критериям моделирования, как число Маха (M) и число Рейнольдса (Re), заключающийся в использовании рабочего газа со сверхвысоким давлением в форкамере выше 300 МПа и в последующем разгоне этого газа в геометрическом расширяющемся сопле Лаваля /3/.

Для получения сверхвысокого давления газа в форкамере могут использоваться установки адиабатического сжатия, где получено давление до 1000 МПа. /3/.

Недостатком описанного способа создания гиперзвуковых потоков является чрезвычайная сложность конструкции форкамеры, которая связана с предельными нагрузками на стенки и которая вследствие этого не допускает дальнейшего повышения давления в потоке и, соответственно, числа Re. Кроме того, экстремальные значения давления затрудняют увеличение размеров экспериментальной установки и испытываемых моделей, что также ограничивает достижимые значения числа Re.

Целью изобретения является создание скоростного потока газа с высокими натурными значениями параметров моделирования, а именно с высоким давлением торможения и соответственно с высокими значениями числа Re создаваемого потока при нормальном значении давления газа в форкамере, а также упрощение конструкции установки и сбережение энергоресурсов.

Поставленная цель достигается путем предварительного разгона газа в расширяющейся части сопла Лаваля до чисел Маха 4-6 и последующего его разгона в цилиндрической части сопла путем отвода тепла от потока.

На чертеже дана схема установки для реализации способа.

Установка содержит форкамеру 1 и геометрическое сопло Лаваля 2 с цилиндрической частью 3 постоянного сечения, которая используется как тепловое сопло.

Способ получения гиперзвукового потока с натурными числами Маха и Рейнольдса реализуется следующим образом.

Исходный поток рабочего газа подают из форкамеры 1, где он находится при сравнительно низком давлении (10-20 МПа), в геометрическое сопло Лаваля 2. Здесь поток изоэнтропическим образом разгоняют до скоростей, соответствующих числу Маха 4-6. С этой скоростью поток поступает в цилиндрическую часть 3 сопла, где производят отвод тепла от потока. При отводе тепла от потока, движущегося со сверхзвуковой скоростью в канале постоянного сечения, число Маха потока возрастает и соответственно возрастает давление торможения. Как показывают расчеты, при отводе 12-15% тепла (энтальпии) потока число Маха увеличивается до M 15-20, а давление торможения увеличивается до 3000-4000 МПа, т.е. в 200-300 раз.

Число Рейнольдса такого потока, рассчитанное по длине 1 м, составляет Re 10⁸, что совпадает с максимально возможными натурными значениями числа Re для перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов, предназначенных для полета в плотных слоях атмосферы.

Формула изобретения

Способ получения гиперзвукового потока с натурными числами Маха и Рейнольдса, заключающийся в разгоне газа, истекающего из форкамеры аэродинамической трубы через геометрическое сопло Лаваля, отличающийся тем, что газ разгоняют в расширяющейся части сопла изоэнтропически до чисел Маха 4 6, а дальнейший разгон осуществляют в цилиндрической части сопла путем отвода тепла от потока.

РИСУНКИ

Рисунок 1