RU152348U1

RU152348U1 - HYPERSONIC SHOCK AERODYNAMIC TUBE

Info

Publication number: RU152348U1
Application number: RU2014150600/28U
Authority: RU
Inventors: Лариса Борисовна Рулева; Михаил Алтаевич Котов; Сергей Иванович Солодовников
Priority date: 2014-12-15
Filing date: 2014-12-15
Publication date: 2015-05-20

Abstract

1. Гиперзвуковая ударная аэродинамическая труба, содержащая образующие общий канал, последовательно между собой соединенные камеру высокого давления, цилиндрический канал, гиперзвуковое сопло, вакуумную камеру и средство перекрытия канала, установленное между камерой высокого давления и цилиндрическим каналом, отличающаяся тем, что сопло размещено в вакуумной камере, труба дополнительно снабжена средством перекрытия канала, установленным между цилиндрическим каналом и соплом, площадь входного отверстия гиперзвукового сопла составляет не более 1% площади выходного сечения цилиндрического канала трубы, а средства перекрытия канала выполнены в виде разрушаемых мембран.2. Гиперзвуковая ударная аэродинамическая труба по п. 1, отличающаяся тем, что она снабжена высокочастотными датчиками динамического давления, размещенными в камере высокого давления, цилиндрическом канале, вакуумной камере и соединенными с регистрирующей аппаратурой.3. Гиперзвуковая ударная аэродинамическая труба по п. 1, отличающаяся тем, что кронштейны для закрепления моделей установлены в вакуумной камере на выходе гиперзвукового сопла.4. Гиперзвуковая ударная аэродинамическая труба по п. 1, отличающаяся тем, что труба снабжена скоростной видеокамерой, выход которой соединен с регистрирующей аппаратурой, а объектив связан оптически с окном, вмонтированным в стенках вакуумной камеры в области закрепления моделей.1. A hypersonic shock wind tunnel containing a common channel forming, interconnected by a high-pressure chamber, a cylindrical channel, a hypersonic nozzle, a vacuum chamber and channel blocking means installed between the high-pressure chamber and a cylindrical channel, characterized in that the nozzle is placed in a vacuum chamber, the pipe is additionally equipped with a channel shutoff means installed between the cylindrical channel and the nozzle, the inlet area of the hypersonic nozzle was it is no more than 1% of the area of the outlet section of the cylindrical channel of the pipe, and the means for blocking the channel are made in the form of destructible membranes. 2. A hypersonic shock wind tunnel according to claim 1, characterized in that it is equipped with high-frequency dynamic pressure sensors located in a high pressure chamber, a cylindrical channel, a vacuum chamber and connected to a recording apparatus. 3. A hypersonic shock wind tunnel according to claim 1, characterized in that the brackets for fixing the models are installed in a vacuum chamber at the exit of the hypersonic nozzle. 4. The hypersonic shock wind tunnel according to claim 1, characterized in that the tube is equipped with a high-speed video camera, the output of which is connected to the recording equipment, and the lens is connected optically to a window mounted in the walls of the vacuum chamber in the region of model attachment.

Description

Полезная модель относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использована для получения гиперзвукового потока газа с большими числами Маха в лабораторных условиях.The utility model relates to the field of experimental aerodynamics and can be used to obtain a hypersonic gas flow with large Mach numbers in laboratory conditions.

Известна импульсная аэродинамическая труба (RU2439523 [1]) для получения рабочего газа с предельно высокими параметрами торможения потока. Труба содержит форкамеру с электродами, отделенную от газодинамического тракта трубы диафрагмой, и поршень, образующий дифференциальный мультипликатор, надпоршневое пространство которого соединено с источником толкающего газа, а подпоршневое заполнено демпфирующей жидкостью и соединено с дренированной емкостью. Также труба снабжена компенсатором динамической составляющей мультипликатора, быстродействующим клапаном запуска системы стабилизации, контактирующим через поршень мультипликатора с полостью форкамеры. Корпус мультипликатора выполнен с возможностью разъема и при этом его надпоршневое пространство связано с ресивером толкающего газа через быстродействующий клапан запуска системы стабилизации, а подпоршневое пространство через гидравлический канал с регулируемой длиной с подпоршневым пространством компенсатора динамической составляющей мультипликатора. Форкамера снабжена стыковочным узлом и обратным клапаном для подключения соответственно импульсного высокоэнтальпийного адиабатического генератора и блока подачи смеси реагирующих газов и содержит устройство принудительного вскрытия диафрагмы, размещенное на выходе из форкамеры. Недостатком известного устройства является сложность ее эксплуатации. Кроме того, оно не обеспечивает проведение испытаний исследуемого объекта воздействием на него гиперзвукового потока газа с несколькими различными числами Маха за один эксперимент.Known pulsed wind tunnel (RU2439523 [1]) to produce a working gas with extremely high flow braking parameters. The pipe contains a prechamber with electrodes, separated from the gasdynamic path of the pipe by a diaphragm, and a piston forming a differential multiplier, the over-piston space of which is connected to the push gas source, and the under-piston is filled with a damping fluid and connected to the drained tank. The pipe is also equipped with a compensator for the dynamic component of the multiplier, a quick-acting valve for starting the stabilization system, which contacts the prechamber cavity through the multiplier piston. The multiplier housing is made with the possibility of a connector, while its over-piston space is connected to the pusher gas receiver through a quick-acting stabilization system start valve, and the under-piston space is through an adjustable-length hydraulic channel with a under-piston space of the dynamic multiplier compensator. The prechamber is equipped with a docking unit and a non-return valve for connecting, respectively, a pulsed high-enthalpy adiabatic generator and a reacting gas mixture supply unit and contains a diaphragm forced opening device located at the outlet of the prechamber. A disadvantage of the known device is the complexity of its operation. In addition, it does not provide testing of the studied object by exposure to a hypersonic gas stream with several different Mach numbers in one experiment.

Известно устройство для нагружения объектов воздушной ударной волной, используемое для испытаний, например, приборов на воздействия воздушных ударных волн, реализуемых на различных расстояниях при мощных взрывах (RU 2217723 [2]). Устройство содержит ударную трубу с открытым и закрытым торцами для размещения объекта испытаний, источник ударной волны, экран для гашения ударных волн, выполненный в виде гибких элементов, закрепленных вертикально и горизонтально на открытом торце ударной трубы. Экран для гашения ударных волн дополнительно содержит заслонки, выполненные в виде перекрывающих поперечное сечение ударной трубы прямоугольных листов, закрепленных на гибких горизонтальных элементах с возможностью поворота относительно них снаружи ударной трубы. Каждая верхняя заслонка перекрывает часть поверхности следующей нижней заслонки, а внизу каждой заслонки выполнен утяжеляющий ее продольный элемент. На заданном расстоянии от открытого торца ударной трубы по ходу воздушной ударной волны может быть установлен парус, соединенный стропами через проушины, попарно расположенные на уровне или ниже незакрепленных кромок заслонок, с концами утяжеляющих заслонки продольных элементов. Обеспечивается испытание объектов на непосредственное воздействие воздушными ударными волнами с параметрами, близкими реализуемым на различных расстояниях от мощного взрыва. Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает проведение испытаний исследуемого объекта воздействием на него гиперзвукового потока газа с несколькими различными числами Маха за один эксперимент.A device for loading objects with an air shock wave is known, which is used for testing, for example, devices for exposure to air shock waves, realized at different distances with powerful explosions (RU 2217723 [2]). The device comprises a shock tube with open and closed ends to accommodate the test object, a shock wave source, a screen for damping shock waves, made in the form of flexible elements mounted vertically and horizontally on the open end of the shock tube. The screen for damping shock waves additionally contains dampers made in the form of rectangular sheets overlapping the cross section of the shock tube, mounted on flexible horizontal elements with the possibility of rotation relative to them outside the shock tube. Each upper flap covers a part of the surface of the next lower flap, and a longitudinal element weighting it is made at the bottom of each flap. At a predetermined distance from the open end of the shock tube along the air shock wave, a sail can be installed connected by slings through the eyes, pairwise located at or below the loose edges of the shutters, with the ends of the weighting shutters of the longitudinal elements. It provides testing of objects for direct exposure to air shock waves with parameters close to those realized at various distances from a powerful explosion. A disadvantage of the known device is that it does not provide testing of the test object by exposure to a hypersonic gas stream with several different Mach numbers in one experiment.

Достаточно близким к заявляемой гиперзвуковой ударной аэродинамической трубе по достигаемому результату является ударная труба для формирования цуга воздушных ударных волн, известная из RU 2488085 [3]. Генератор ударной волны выполнен в виде перфорированного диска и мембраны, размещенных в волноводе с возможностью перемещения вдоль него, установленного на торце волновода магазина с пиромеханическими толкателями, расположенными в нем в ряд в вертикальной плоскости и снабженными подвижными звеньями, упора и возвратной пружины. Перфорированный диск с тыльной стороны снабжен штоком, поочередно контактирующим с подвижными звеньями пиромеханических толкателей. Мембрана размещена перед диском по направлению к выходу из волновода с возможностью фиксации ее исходного положения относительно диска и изменения расстояния между ними. При этом она соединена механическими связями, симметрично проходящими через перфорационные отверстия в диске, с одним концом возвратной пружины, другой конец которой соединен с неподвижной опорой. Магазин установлен в направляющих на торце волновода с возможностью перемещения по ним вниз под собственным весом до совпадения осей штока диска и подвижного звена очередного пиромеханического толкателя. Упор установлен на одной из направляющих и выполнен с возможностью ограничения перемещения магазина до срабатывания очередного толкателя. Шток диска со стороны магазина может быть снабжен магнитной вставкой, а контактирующие с ним подвижные звенья пиромеханических толкателей при этом выполнены из ферромагнитного материала. Мембрана может быть выполнена многослойной. Технический результат заключается в возможности проведения в лабораторных условиях исследований реакции различных объектов на воздействие формируемых через заданные интервалы времени воздушных ударных волн. Воздушная ударная волна, пробегая по каналу волновода, нагружает исследуемый объект и продолжает движение до волногасителя, который исключает ее отражение и компенсирует влияние атмосферы. Производя повторные пуски ударной трубы через установленные интервалы времени, получают цуг воздействующих на испытываемый объект воздушных ударных волн.Rather close to the claimed hypersonic shock wind tunnel, the achieved result is a shock pipe for forming a train of air shock waves, known from RU 2488085 [3]. The shock wave generator is made in the form of a perforated disk and a membrane placed in the waveguide with the ability to move along it, mounted on the end of the store’s waveguide with pyromechanical pushers arranged in a row in a vertical plane and equipped with movable links, an abutment and a return spring. The perforated disk on the rear side is equipped with a rod, alternately in contact with the movable links of the pyromechanical pushers. The membrane is placed in front of the disk towards the exit from the waveguide with the possibility of fixing its initial position relative to the disk and changing the distance between them. Moreover, it is connected by mechanical bonds symmetrically passing through the perforations in the disk, with one end of the return spring, the other end of which is connected to a fixed support. The store is installed in the guides at the end of the waveguide with the possibility of moving down them under its own weight until the axes of the rod stem coincide with the movable link of the next pyromechanical pusher. The emphasis is mounted on one of the guides and is made with the possibility of restricting the movement of the magazine to the next pusher. The disk rod from the side of the magazine can be equipped with a magnetic insert, and the movable links of the pyromechanical pushers in contact with it are made of ferromagnetic material. The membrane can be multilayer. The technical result consists in the possibility of laboratory studies of the reaction of various objects to the effect of air shock waves generated at specified time intervals. An air shock wave, running through the channel of the waveguide, loads the object under study and continues to move to the wave attenuator, which excludes its reflection and compensates for the influence of the atmosphere. By re-launching the shock pipe at set intervals, a train of air shock waves acting on the test object is obtained.

Недостатком известного устройства является то, что оно не обеспечивает проведение испытаний исследуемого объекта воздействием на него гиперзвукового потока газа с несколькими различными числами Маха за один эксперимент.A disadvantage of the known device is that it does not provide testing of the test object by exposure to a hypersonic gas stream with several different Mach numbers in one experiment.

Известна вакуумная гиперзвуковая аэродинамическая труба (RU 2482457 [4]). Устройство содержит источник газа высокого давления с системой регулирования давления, подогреватель газа, гиперзвуковое сопло, рабочую часть, диффузор, систему охлаждения газа после прохождения рабочей части, вакуумную камеру, насосы предварительной и окончательной откачки газа из вакуумной камеры. Для откачки вакуумной камеры используются крионасосы, в которых газ не выбрасывается из вакуумируемой полости, а конденсируется в твердую фазу на предварительно охлажденных криопанелях. Криопанели выполнены из пористого металла с открытой системой пор. Импульсный режим работы крионасосов, т.е. предварительное замораживание криопанелей перед началом работы и в перерывах между пусками, и пористые криопанели позволяют "утилизировать" практически любой расход газа через гиперзвуковое сопло. Внешняя поверхность гиперзвукового сопла внутри рабочей части аэродинамической трубы снабжена змеевиками для охлаждения стенок сопла, причем система охлаждения высокотемпературного газа, поступающего из рабочей части, размещена внутри вакуумной камеры. Кроме того, аэродинамическая труба содержит резервуар жидкого газа с насосом для перекачки и детандерно-генераторные агрегаты для получения электроэнергии.Known vacuum hypersonic wind tunnel (RU 2482457 [4]). The device contains a high pressure gas source with a pressure control system, a gas heater, a hypersonic nozzle, a working part, a diffuser, a gas cooling system after passing through the working part, a vacuum chamber, pumps for preliminary and final gas evacuation from the vacuum chamber. Cryopumps are used to pump out the vacuum chamber, in which gas is not ejected from the evacuated cavity, but condenses into the solid phase on pre-cooled cryopanels. Cryopanels are made of porous metal with an open pore system. Pulse operation of cryopumps, i.e. preliminary freezing of cryopanels before work and during breaks between starts, and porous cryopanels allow to "utilize" almost any gas flow through a hypersonic nozzle. The outer surface of the hypersonic nozzle inside the working part of the wind tunnel is equipped with coils for cooling the walls of the nozzle, and the cooling system of the high-temperature gas coming from the working part is placed inside the vacuum chamber. In addition, the wind tunnel contains a liquid gas reservoir with a pump for pumping and expander-generating units for generating electricity.

Наиболее близкой по совокупности существенных признаков является импульсная аэродинамическая установка (SU 1107634 [5]), содержащая последовательно соединенные камеру высокого давления, цилиндрический канал, сопло, рабочую часть и вакуумную камеру, а также импульсные задвижки, одна из которых установлена на выходе камеры высокого давления, а другая импульсная задвижка размещена в конце рабочей части.The closest set of essential features is a pulsed aerodynamic installation (SU 1107634 [5]), containing a series-connected high-pressure chamber, a cylindrical channel, a nozzle, a working part and a vacuum chamber, as well as pulse valves, one of which is installed at the outlet of the high-pressure chamber and another pulse gate valve is located at the end of the working part.

Заявляемая гиперзвуковая ударная аэродинамическая труба направлена на обеспечение возможности проведение испытаний исследуемого объекта воздействием на него гиперзвукового потока газа с несколькими различными числами Маха за один эксперимент.The inventive hypersonic shock wind tunnel is aimed at providing the ability to test the test object by exposure to a hypersonic gas stream with several different Mach numbers in one experiment.

Указанный результат достигается тем, что гиперзвуковая ударная аэродинамическая труба содержит образующие общий канал, последовательно между собой соединенные камеру высокого давления, цилиндрический канал, гиперзвуковое сопло, вакуумную камеру, и средство перекрытия канала, установленное между камерой высокого давления и цилиндрическим каналом. При этом, сопло размещено в вакуумной камере, труба дополнительно снабжена средством перекрытия канала, установленным между цилиндрическим каналом и соплом, площадь входного отверстия гиперзвукового сопла составляет не более 1% площади выходного сечения цилиндрического канала трубы, а средства перекрытия канала выполнены в виде разрушаемых мембран.The specified result is achieved in that the hypersonic shock wind tunnel contains a common channel that is connected in series to each other by a high-pressure chamber, a cylindrical channel, a hypersonic nozzle, a vacuum chamber, and channel blocking means installed between the high-pressure chamber and the cylindrical channel. At the same time, the nozzle is placed in a vacuum chamber, the pipe is additionally equipped with a channel blocking device installed between the cylindrical channel and the nozzle, the inlet area of the hypersonic nozzle is not more than 1% of the output section of the cylindrical pipe channel, and the channel blocking means are made in the form of destructible membranes.

Указанный результат достигается также тем, что гиперзвуковая ударная аэродинамическая труба снабжена высокочастотными датчиками динамического давления, размещенными в камере высокого давления, цилиндрическом канале, вакуумной камере и соединенными с регистрирующей аппаратурой.The indicated result is also achieved by the fact that the hypersonic shock wind tunnel is equipped with high-frequency dynamic pressure sensors located in the high-pressure chamber, the cylindrical channel, the vacuum chamber and connected to the recording equipment.

Указанный результат достигается также тем, что гиперзвуковая ударная аэродинамическая труба снабжена кронштейнами для закрепления моделей, установленными в вакуумной камере на выходе гиперзвукового сопла.The indicated result is also achieved by the fact that the hypersonic shock wind tunnel is equipped with brackets for fixing the models installed in the vacuum chamber at the outlet of the hypersonic nozzle.

Указанный результат достигается также тем, что гиперзвуковая ударная аэродинамическая труба снабжена скоростной видеокамерой, выход которой соединен с регистрирующей аппаратурой, а объектив связан оптически с окном, вмонтированным в стенках вакуумной камеры в области закрепления моделей.The indicated result is also achieved by the fact that the hypersonic shock wind tunnel is equipped with a high-speed video camera, the output of which is connected to the recording equipment, and the lens is connected optically to a window mounted in the walls of the vacuum chamber in the region of model attachment.

Отличительными от прототипа признаками являются:Distinctive features of the prototype are:

- размещение сопла в вакуумной камере;- placement of the nozzle in a vacuum chamber;

- труба дополнительно снабжена средством перекрытия канала, установленным между цилиндрическим каналом и соплом;- the pipe is additionally equipped with means for blocking the channel mounted between the cylindrical channel and the nozzle;

- площадь входного отверстия гиперзвукового сопла составляет не более 1% площади выходного сечения цилиндрического канала трубы;- the area of the inlet of the hypersonic nozzle is not more than 1% of the area of the outlet section of the cylindrical channel of the pipe;

- средства перекрытия канала выполнены в виде разрушаемых мембран;- means for blocking the channel are made in the form of destructible membranes;

- гиперзвуковая ударная аэродинамическая труба снабжена высокочастотными датчиками динамического давления, размещенными в камере высокого давления, цилиндрическом канале, вакуумной камере и соединенными с регистрирующей аппаратурой;- a hypersonic shock wind tunnel is equipped with high-frequency dynamic pressure sensors located in the high-pressure chamber, a cylindrical channel, a vacuum chamber and connected to the recording equipment;

- кронштейны для закрепления моделей установлены в вакуумной камере на выходе гиперзвукового сопла;- brackets for fixing models are installed in a vacuum chamber at the outlet of a hypersonic nozzle;

- труба снабжена скоростной видеокамерой, выход которой соединен с регистрирующей аппаратурой, а объектив связан оптически с окном, вмонтированным в стенках вакуумной камеры в области закрепления моделей.- the tube is equipped with a high-speed video camera, the output of which is connected to the recording equipment, and the lens is connected optically to a window mounted in the walls of the vacuum chamber in the region of model fixing.

Размещение в цилиндрическом канале начала сопла с отверстием, площадью менее 1% от площади цилиндрического канала приводит к торможению гиперзвукового потока, затем отражению его при повышенном давлении.Placing in the cylindrical channel the beginning of the nozzle with a hole with an area of less than 1% of the area of the cylindrical channel slows down the hypersonic flow and then reflects it at high pressure.

Размещение выхода сопла в вакуумной камере позволяет переносить газ из цилиндрического канала с очень высоким давлением в вакуумную камеру с очень низким давлением (вакуумом), вынуждая газ разгоняться до гиперзвуковых скоростей с большими числами Маха направленного действия на модели.Placing the nozzle exit in a vacuum chamber allows the gas to be transferred from a cylindrical channel with a very high pressure to a vacuum chamber with a very low pressure (vacuum), forcing the gas to accelerate to hypersonic speeds with large directed Mach numbers on the model.

Снабжение трубы дополнительным средством перекрытия канала, установленным между цилиндрическим каналом и соплом, обеспечивает со стороны цилиндрического канала с приходом падающей ударной волны как бы закрытый конец трубы, создавая условия для резкого подъема давления. При вскрытии этой мембраны часть газового потока с большей силой прорывается через сопло в вакуумную камеру, а другая часть, после скачка уплотнения отражается от торца сопла и устремляется к противоположному торцу трубы (камеры высокого давления).The supply of the pipe with an additional means of blocking the channel, installed between the cylindrical channel and the nozzle, provides the closed end of the pipe from the side of the cylindrical channel with the arrival of the incident shock wave, creating conditions for a sharp rise in pressure. When this membrane is opened, part of the gas stream breaks through the nozzle into the vacuum chamber with greater force, and the other part, after a shock wave, is reflected from the end of the nozzle and rushes to the opposite end of the pipe (high-pressure chamber).

Выполнение площади входного отверстия гиперзвукового сопла не более 1% площади выходного сечения цилиндрического канала трубы обеспечивает возможность проведение испытаний исследуемого объекта воздействием на него гиперзвукового потока газа с несколькими различными числами Маха за один эксперимент. Действительно, ударная волна, сформированная в канале, отражается большей своей частью от входного отверстия гиперзвукового сопла и движется к заглушке (стенке камеры высокого давления) и отразившись от нее движется снова к соплу. И так многократно. Естественно, с каждым проходом энергия волны снижается, снижается и скорость прохождения потока газа на выходе из сопла. При этом установлено, что если площадь входного отверстия гиперзвукового сопла составляет не более 1% площади выходного сечения цилиндрического канала трубы, то возможно за один запуск ударной волны обеспечить порционное истечение газа на модели от гиперзвуковых до трансзвуковых скоростях.Performing an inlet opening area of a hypersonic nozzle of not more than 1% of the outlet cross-sectional area of a cylindrical pipe channel makes it possible to test an object under investigation by exposure to a hypersonic gas stream with several different Mach numbers in one experiment. Indeed, the shock wave formed in the channel is reflected for the most part from the inlet of the hypersonic nozzle and moves to the plug (wall of the high-pressure chamber) and, reflected from it, moves again to the nozzle. And so many times. Naturally, with each passage, the wave energy decreases, and the gas flow rate at the exit of the nozzle decreases. It was found that if the inlet opening area of a hypersonic nozzle is not more than 1% of the outlet cross-sectional area of the pipe’s cylindrical channel, then it is possible to provide portioned gas outflow on a model from hypersonic to transonic speeds in one run of the shock wave.

Выполнение средств перекрытия канала в виде разрушаемых мембран позволяет осуществить объединение объемов всех камер в нужный момент времени, являющийся оптимальным для формирования ударной волны в отличие от импульсных задвижек, приводимых в движение соответствующими приводами, которые инерционные и тормозят газовую бегущую ударную волнуThe implementation of means for blocking the channel in the form of destructible membranes makes it possible to combine the volumes of all chambers at the right time, which is optimal for the formation of a shock wave in contrast to pulse gate valves driven by the corresponding actuators, which are inertial and inhibit the gas traveling shock wave

Снабжение гиперзвуковой ударной аэродинамической трубы высокочастотными датчиками динамического давления, размещенными в камере высокого давления, цилиндрическом канале, вакуумной камере и соединенными с регистрирующей аппаратурой позволяет фиксировать параметры эксперимента на всех его стадиях осуществления. При этом, учитывая, что скорость распространения ударной волны высока, а отраженные от заглушки импульсы следуют один за другим через промежутки порядка микросек, а весь диапазон скоростей фиксируется не более десятка миллисекунды, датчики динамического давления должны иметь малую инерционность.The supply of a hypersonic shock wind tunnel with high-frequency dynamic pressure sensors located in a high-pressure chamber, a cylindrical channel, a vacuum chamber and connected to recording equipment makes it possible to record the parameters of the experiment at all its stages of implementation. Moreover, taking into account that the shock wave propagation velocity is high, and the pulses reflected from the stub follow one after another at intervals of the order of microseconds, and the entire speed range is fixed no more than a dozen milliseconds, the dynamic pressure sensors must have low inertia.

Наиболее оптимальным представляется установка кронштейнов для закрепления моделей в вакуумной камере на выходе гиперзвукового сопла, поскольку наибольшая гиперзвуковая скорость истечения газа наблюдается на выходе из сопла. При этом кронштейны обеспечивают положение моделей под разными углами атаки к потоку.The most optimal installation of brackets for fixing models in a vacuum chamber at the exit of a hypersonic nozzle, since the highest hypersonic gas flow rate is observed at the exit of the nozzle. At the same time, the brackets provide the position of the models at different angles of attack to the flow.

Снабжение гиперзвуковой ударной аэродинамической трубы скоростной видеокамерой, выход которой соединен с регистрирующей аппаратурой, а объектив связан оптически с окном, вмонтированным в стенках вакуумной камеры в области закрепления моделей позволяет визуализировать все фазы обтекания моделей гиперзвуковыми потоками при каждом прохождении фронта ударной волны при различных ее параметрах, а именно отделять одну фазу от другой, фиксировать стационарные и нестационарные фрагменты обтекания, исследовать обтекания моделей летательных аппаратов сложных геометрических форм.Providing a hypersonic shock wind tunnel with a high-speed video camera, the output of which is connected to the recording equipment, and the lens is connected optically to a window mounted in the walls of the vacuum chamber in the region of model fastening, it is possible to visualize all phases of the flow around the models with hypersonic flows at each passage of the shock wave front for various parameters, namely, to separate one phase from another, to fix stationary and unsteady fragments of the flow around, to study the flow around the models are flying x devices of complex geometric shapes.

Сущность заявляемой гиперзвуковой ударной аэродинамической трубы поясняется примером реализации и чертежом, на котором представлена принципиальная схема.The essence of the claimed hypersonic impact wind tunnel is illustrated by an example implementation and a drawing, which shows a schematic diagram.

Гиперзвуковая ударная аэродинамическая труба содержит образующие общий канал, последовательно между собой соединенные камеру высокого давления 1, цилиндрический канал 2, вакуумную камеру 3 и установленное в ней гиперзвуковое сопло 4 с отверстием 5, площадь которого составляет не более 1% площади выходного сечения цилиндрического канала трубы. Между камерой высокого давления 1 и цилиндрическим каналом 2 установлено средство перекрытия канала 7 в виде мембраны, а между цилиндрическим каналом и соплом мембрана 8. Труба снабжена высокочастотными датчиками 9, 10, 11, 12 динамического давления, размещенными в камере высокого давления 1, в цилиндрическом канале 2, вакуумной камере 3. Вакуумная камера снабжена оптическими стеклами 13, вмонтированными в стенках вакуумной камеры в области расположения кронштейнов 14 для закрепления моделей. Датчики соединены с регистрирующей аппаратурой. В качестве таковой используются подключенные к датчикам аналого-цифровые преобразователи 15, выходы которых подключены к компьютеру 16. Труба снабжена скоростной видеокамерой 17, выход которой соединен с регистрирующей аппаратурой, а объектив связан оптически с окном. Высоковакуумные насосы (откачные посты), системы смешивания и наполнения газов, необходимые для функционирования трубы, не показаны.A hypersonic shock wind tunnel contains a common channel that is connected in series to each other by a high-pressure chamber 1, a cylindrical channel 2, a vacuum chamber 3 and a hypersonic nozzle 4 installed in it with a hole 5, the area of which is no more than 1% of the output section of the cylindrical channel of the pipe. Between the high-pressure chamber 1 and the cylindrical channel 2, a means for blocking the channel 7 in the form of a membrane is installed, and between the cylindrical channel and the nozzle is a membrane 8. The pipe is equipped with high-frequency dynamic pressure sensors 9, 10, 11, 12 located in the high-pressure chamber 1 in a cylindrical channel 2, the vacuum chamber 3. The vacuum chamber is equipped with optical glasses 13 mounted in the walls of the vacuum chamber in the location of the brackets 14 for fixing models. The sensors are connected to the recording equipment. As such, analog-to-digital converters 15 connected to the sensors are used, the outputs of which are connected to the computer 16. The pipe is equipped with a high-speed video camera 17, the output of which is connected to the recording equipment, and the lens is connected optically to the window. High vacuum pumps (pumping stations), gas mixing and filling systems, necessary for the functioning of the pipe, are not shown.

Работает предложенное устройство следующим образом. Сначала откачиваются все камеры, разделенные мембранами 7 и 8. Цилиндрический канал 2 откачивается до давления, например, 1…100 мбар. Вакуумная камера 3 откачивается до вакуума не ниже, например, 10^-4 мбар (при натекании вакуума не хуже 10^-3 мбар/мин). Далее камера высокого давления 1 заполняется смесью толкающих газов, цилиндрический канал заполняется смесью рабочих газов.The proposed device works as follows. First, all chambers separated by membranes 7 and 8 are evacuated. The cylindrical channel 2 is evacuated to a pressure of, for example, 1 ... 100 mbar. The vacuum chamber 3 is pumped out to a vacuum no lower than, for example, 10 ^-4 mbar (when the vacuum flows, no worse than 10 ^-3 mbar / min). Next, the high-pressure chamber 1 is filled with a mixture of pushing gases, the cylindrical channel is filled with a mixture of working gases.

Инициация ударной волны происходит известным способом - повышением давления в камере высокого давления 1. Далее рвется первая мембрана 7 и ударная волна устремляется по цилиндрическому каналу к гиперзвуковому соплу 4. При разрыве второй мембраны 8 на торце гиперзвукового сопла часть ударной волны отражается от входа гиперзвукового сопла, другая часть проходит через гиперзвуковое сопло и высокоскоростной поток истекает из гиперзвукового сопла на модели.The shock wave is initiated in a known manner - by increasing the pressure in the high-pressure chamber 1. Then the first membrane 7 breaks and the shock wave rushes along the cylindrical channel to the hypersonic nozzle 4. When the second membrane 8 breaks at the end of the hypersonic nozzle, part of the shock wave is reflected from the inlet of the hypersonic nozzle, the other part passes through a hypersonic nozzle and a high-speed stream flows out of the hypersonic nozzle in the model.

Наличие входного отверстия на входе гиперзвукового сопла, составляющего не более 1% от площади сечения цилиндрического канала приводит к следующим физическим процессам. Часть ударной волны, (выходящей из сопла обтекает модели на заданной (гиперзвуковой) скорости. Другая часть создает пробку газа повышенного давления и температуры и через время (микросекунды) отражаясь и, двигаясь от торца гиперзвукового сопла, достигает крайнего торца камеры высокого давления, давление регистрируется импульсным датчиком давления 11. Затем, отражаясь от торца камеры высокого давления, ударная волна опять достигает торца гиперзвукового сопла с входным отверстием, и процесс повторяется отверстием, и процесс повторяется неоднократно. Современные высокоскоростные видеокамеры регистрируют обтекания моделей со скоростью, например, 2000 кадров/с. Время регистрации первичного гиперзвукового обтекания - единицы миллисекунд. При многократно отраженной ударной волне, время регистрации обтекания моделей газовыми потоками на гипер- и сверхзвуковых скоростях многократно увеличивается.The presence of an inlet at the inlet of a hypersonic nozzle, which is not more than 1% of the cross-sectional area of the cylindrical channel, leads to the following physical processes. Part of the shock wave (leaving the nozzle flows around the model at a given (hypersonic) speed. Another part creates a gas plug of increased pressure and temperature and, after a time (microseconds), reflects and moves from the end of the hypersonic nozzle and reaches the extreme end of the high-pressure chamber, the pressure is recorded pulse pressure sensor 11. Then, reflected from the end of the high-pressure chamber, the shock wave again reaches the end of the hypersonic nozzle with the inlet, and the process is repeated by the hole, and the process is not repeated . Dnokratno Modern high speed video camera is recorded at a rate of flow patterns, e.g., 2000 frames / s primary registration hypersonic flow time -.. When multiple units of milliseconds reflected shock wave, the registration flow patterns of gas flows at supersonic speeds hyper- and multiplied.

Преимущество предложенного устройства состоит в длительной по времени регистрации гипер-, сверх-, и транс- звукового обтекания моделей при одной инициации ударной волны.The advantage of the proposed device is the long-time registration of hyper-, supersonic, and transonic flow around the models with one initiation of a shock wave.

Процесс повторяется многократно. Модели обтекаются высокоскоростными потоками газа не однократно (ударное действие), а многократно, до тех пор, пока постепенно ослабевающая ударная волна будет формировать интересующие экспериментатора потоки. Технический результат реализации заключается в расширении экспериментальных возможностей ударной аэродинамической трубы.The process is repeated many times. Models flow around high-speed gas flows not once (shock), but repeatedly, until a gradually weakening shock wave forms the flows of interest to the experimenter. The technical result of the implementation is to expand the experimental capabilities of the shock wind tunnel.

Claims

1. A hypersonic shock wind tunnel containing a common channel forming, interconnected by a high-pressure chamber, a cylindrical channel, a hypersonic nozzle, a vacuum chamber and channel blocking means installed between the high-pressure chamber and a cylindrical channel, characterized in that the nozzle is placed in a vacuum chamber, the pipe is additionally equipped with a channel shutoff means installed between the cylindrical channel and the nozzle, the inlet area of the hypersonic nozzle was it is no more than 1% of the area of the outlet section of the cylindrical channel of the pipe, and the means for blocking the channel are made in the form of destructible membranes.

2. Hypersonic shock wind tunnel according to claim 1, characterized in that it is equipped with high-frequency dynamic pressure sensors located in the high-pressure chamber, a cylindrical channel, a vacuum chamber and connected to the recording equipment.

3. Hypersonic shock wind tunnel according to claim 1, characterized in that the brackets for securing the models are installed in a vacuum chamber at the exit of the hypersonic nozzle.

4. The hypersonic shock wind tunnel according to claim 1, characterized in that the tube is equipped with a high-speed video camera, the output of which is connected to the recording equipment, and the lens is connected optically to a window mounted in the walls of the vacuum chamber in the region of model attachment.