RU2439523C1

RU2439523C1 - Pulse altitude tube

Info

Publication number: RU2439523C1
Application number: RU2010129868/28A
Authority: RU
Inventors: Михаил Иванович Ярославцев (RU); Михаил Иванович Ярославцев; Василий Михайлович Фомин (RU); Василий Михайлович Фомин; Анатолий Александрович Маслов (RU); Анатолий Александрович Маслов; Алексей Михайлович Мещеряков (RU); Алексей Михайлович Мещеряков; Лев Николаевич Пузырев (RU); Лев Николаевич Пузырев; Валентин Витальевич Щумский (RU); Валентин Витальевич Щумский; Андрей Сергеевич Соколовский (RU); Андрей Сергеевич Соколовский
Priority date: 2010-07-16
Filing date: 2010-07-16
Publication date: 2012-01-10

Abstract

FIELD: physics. ^ SUBSTANCE: proposed pulse altitude tube comprises prechamber with electrodes separated by membrane from tube hydrodynamic channel, and piston that forms a differential booster with its overpiston space is communicated with push-gas source while underpiston space is filled with damping fluid and communicated with draining tank. Besides, proposed tube comprises booster dynamic component compensator, fast-operation valve for starting stabilisation system communicating via booster piston with prechamber inner space. Booster split housing has its overpiston space communicated via aforesaid fast-operation valve with push-gas receiver and its underpiston space communicated via adjustable length hydraulic channel with booster dynamic component compensator under piston inner space. Prechamber is equipped with joint assembly and check valve to connection of high-enthalpy adiabatic generator and reacting gas mix feed unit and comprises membrane forced opening device arranged at prechamber outlet. ^ EFFECT: expanded operating performances. ^ 5 cl, 3 dwg

Description

Изобретение относится к области экспериментальной аэродинамики и может быть использовано для получения гиперзвукового потока газа в диапазоне чисел Маха 4-20 в лабораторных условиях.The invention relates to the field of experimental aerodynamics and can be used to obtain a hypersonic gas stream in the range of Mach numbers 4-20 in laboratory conditions.

Для получения рабочего газа с предельно высокими параметрами торможения потока используются различные аэродинамические установки кратковременного действия. К ним относятся импульсные аэродинамические трубы [1], где нагрев газа в форкамере осуществляется электрической дугой при постоянной плотности, аэродинамические трубы с адиабатическим сжатием рабочего газа, которые разделяются на установки с тяжелым поршнем [2] и с мультипликаторами давления [3]. В этих трубах повышение давления и нагрев рабочего газа осуществляются адиабатическим сжатием за счет кинетической энергии поршня либо мультипликатором давления.To obtain a working gas with extremely high flow braking parameters, various aerodynamic installations of short duration are used. These include pulsed wind tunnels [1], where the gas in the prechamber is heated by an electric arc at a constant density, wind tunnels with adiabatic compression of the working gas, which are divided into units with a heavy piston [2] and pressure multipliers [3]. In these pipes, pressure increase and heating of the working gas are carried out by adiabatic compression due to the kinetic energy of the piston or pressure multiplier.

Все перечисленные установки характеризуются высоким уровнем технической сложности, эксплуатационной опасности в связи с возможными сбоями в управлении технологическими процессами, поскольку после запуска установки участие человека в дальнейших операциях исключается. В качестве примеров можно рассмотреть некоторые недостатки, характерные для таких труб.All of these installations are characterized by a high level of technical complexity, operational danger due to possible malfunctions in the control of technological processes, since after the installation is launched, human participation in further operations is excluded. As examples, we can consider some of the disadvantages characteristic of such pipes.

Для импульсной трубы [1] отсутствие электродугового разряда при прохождении команды "пуск" приведет к запуску дифференциального мультипликатора и росту давления в форкамере из-за перемещения мультипликатора, разрыву диафрагмы и, соответственно, к самопроизвольному пробою между электродами на этапе истечения рабочего газа через критическое сечение. В результате форкамера с мультипликатором давления выйдут из строя.For a pulse tube [1], the absence of an electric arc discharge during the start command will trigger the differential multiplier and increase the pressure in the prechamber due to the movement of the multiplier, rupture of the diaphragm, and, accordingly, to spontaneous breakdown between the electrodes at the stage of expiration of the working gas through the critical section . As a result, a prechamber with a pressure multiplier will fail.

В адиабатической трубе с тяжелым поршнем [2] предусматривается использование помимо воздуха в качестве рабочего газа реакции разложения закиси азота в смеси с азотом (N₂O+N₂), которая после разложения образует газ, эквивалентный воздуху, но с более высокой начальной температурой. Из опыта эксплуатации гиперзвуковой импульсной трубы ИТПМ СО РАН ИТ - 302М с применением смеси газов известно, что в каналах большого удлинения, аналогичных каналу адиабатической трубы с поршнем, закись азота, подогретая электрической энергией, детонирует даже в смеси с воздухом. Это серьезное ограничение на использование закиси азота N₂O в адиабатических установках с тяжелым поршнем. Кроме того, отсутствие системы стабилизации параметров рабочего газа при истечении через сопло ухудшает точность исследований.In an adiabatic pipe with a heavy piston [2], it is provided to use, in addition to air, the decomposition reaction of nitrous oxide in a mixture with nitrogen (N ₂ O + N ₂ ), which after decomposition forms a gas equivalent to air, but with a higher initial temperature. From the experience of operating a hypersonic impulse pipe of the ITPM SB RAS IT - 302M using a gas mixture, it is known that in channels of large elongation similar to the channel of an adiabatic pipe with a piston, nitrous oxide, heated by electric energy, detonates even in a mixture with air. This is a serious limitation on the use of nitrous oxide N ₂ O in adiabatic installations with a heavy piston. In addition, the lack of a stabilization system for the parameters of the working gas when flowing through the nozzle impairs the accuracy of the studies.

Применение химических источников энергии для подогрева рабочего газа в [3] не предусмотрено технологическим процессом, что ограничивает возможности в моделировании высоких температур торможения.The use of chemical energy sources for heating the working gas in [3] is not provided for by the technological process, which limits the possibilities for modeling high braking temperatures.

Наиболее близким из известных решений к заявленному техническому решению является импульсная аэродинамическая труба [4]. Установка содержит разрядную камеру (форкамеру) с противоположно расположенными электродами, которая отделена от сопла, рабочей части основной диафрагмой. Разрядная камера содержит поршень, который образует дифференциальный мультипликатор. Надпоршневое пространство мультипликатора соединено с источником толкающего газа, а подпоршневое заполнено демпфирующей жидкостью и соединено посредством регулируемых сливных отверстий с дренированной емкостью.The closest known solution to the claimed technical solution is a pulsed wind tunnel [4]. The installation contains a discharge chamber (prechamber) with opposite electrodes, which is separated from the nozzle, the working part of the main diaphragm. The discharge chamber contains a piston, which forms a differential multiplier. The over-piston space of the multiplier is connected to the source of pushing gas, and the under-piston space is filled with damping fluid and connected via adjustable drain holes to the drained tank.

Между большой ступенью поршня мультипликатора и емкостью с толкающим газом расположены нож и дополнительная диафрагма, отделяющая надпоршневое пространство от источника толкающего газа.A knife and an additional diaphragm are located between the large step of the multiplier piston and the tank with pushing gas, which separates the over-piston space from the push gas source.

В предстартовом состоянии надпоршневое пространство заполнено сжатым газом невысокого давления с тем, чтобы скомпенсировать избыточную силу, действующую со стороны малой ступени мультипликатора при заполнении разрядной камеры рабочим газом. При этом мультипликатор, нож и дополнительная диафрагма находятся в соприкосновении друг с другом. При запуске установки происходит дуговой разряд в разрядной камере, давление и температура резко повышаются и мультипликатор под воздействием избыточной силы смещается в сторону дополнительной диафрагмы, перемещает нож и срезает диафрагму. Толкающий газ высокого давления (до 200 кг/см²) поступает в надпоршневое пространство и перемещает мультипликатор с постоянной скоростью. При этом рабочий газ с высоким давлением и температурой вытесняется из разрядной камеры в сопло.In the pre-launch state, the over-piston space is filled with low-pressure compressed gas in order to compensate for the excess force acting from the side of the small stage of the multiplier when the discharge chamber is filled with working gas. In this case, the multiplier, the knife and the additional diaphragm are in contact with each other. When the installation starts, an arc discharge occurs in the discharge chamber, the pressure and temperature increase sharply, and the multiplier shifts toward the additional diaphragm under the influence of excessive force, moves the knife and cuts off the diaphragm. High pressure push gas (up to 200 kg / cm ² ) enters the over-piston space and moves the multiplier at a constant speed. In this case, the working gas with high pressure and temperature is displaced from the discharge chamber into the nozzle.

Недостатками указанных технических решений является то, что при запуске возникают значительные динамические нагрузки, действующие на установку при старте поршня дифференциального мультипликатора. Кроме этого имеют место технические недостатки, связанные с балансировкой давлений в предстартовом состоянии между полостью разрядной камеры и полостью надпоршневого пространства, приводящие к преждевременному старту поршня из-за разрушения дополнительной диафрагмы и к возникновению критической ситуации. Применение химической энергии в качестве дополнительного источника нагрева рабочего газа невозможно из-за неуправляемого вскрытия основной диафрагмы (по давлению) и незавершенности по этой причине химической реакции.The disadvantages of these technical solutions is that at startup there are significant dynamic loads acting on the installation at the start of the piston of the differential multiplier. In addition, there are technical disadvantages associated with balancing the pressures in the prelaunch state between the cavity of the discharge chamber and the cavity of the piston space, leading to a premature start of the piston due to the destruction of the additional diaphragm and to the emergence of a critical situation. The use of chemical energy as an additional source of heating of the working gas is impossible due to uncontrolled opening of the main diaphragm (by pressure) and incomplete chemical reaction for this reason.

Задачей предлагаемого технического решения является расширение экспериментальных возможностей импульсной аэродинамической трубы кратковременного действия путем увеличения диапазона реализуемых параметров торможения потока за счет использования различных источников нагрева рабочего газа [5] и стабилизации параметров потока в течение рабочего режима.The objective of the proposed technical solution is to expand the experimental capabilities of a short-duration pulsed wind tunnel by increasing the range of realizable flow braking parameters through the use of various sources of heating of the working gas [5] and stabilization of the flow parameters during the operating mode.

Использование изобретения позволит увеличить количество рабочего газа в форкамере, повысить температуру и давление и увеличить продолжительность рабочего режима или выходной диаметр сопла по сравнению с известными аэродинамическими трубами. Кроме этих качеств появится возможность сравнивать результаты исследований, полученные в одной установке при различных способах создания рабочего тела (газового потока) и при фиксированной геометрии газодинамического тракта трубы.Using the invention will increase the amount of working gas in the prechamber, increase the temperature and pressure, and increase the duration of the operating mode or output diameter of the nozzle in comparison with the known wind tunnels. In addition to these qualities, it will be possible to compare the results of studies obtained in one installation with various methods of creating a working fluid (gas flow) and with a fixed geometry of the gas-dynamic pipe path.

Поставленная задача достигается тем, что импульсная аэродинамическая 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, согласно изобретению труба снабжена компенсатором динамической составляющей мультипликатора, быстродействующим клапаном запуска системы стабилизации, контактирующим через поршень мультипликатора с полостью Б, форкамеры, причем 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.The problem is achieved in that the pulsed wind tunnel contains a prechamber with electrodes separated from the gas dynamic 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 damping fluid and connected to the drained tank, according to the invention the pipe is equipped with a compensator for the dynamic component of the multiplier, a quick-acting valve for starting the stabilization system, contacting through the piston of the multiplier with the cavity B, the prechamber, and the multiplier housing is made with the possibility of a connector and at the same time its over-piston space is connected to the pusher gas receiver via the quick-acting stabilization system start valve, and the under-piston space is through a hydraulic channel with an adjustable length with the under-piston space of the dynamic component of the compensator the multiplier, the prechamber is equipped with a docking unit and a check valve for connecting respectively high-enthalpy adiabatic generator and supplying a mixture of reacting gases and comprises a block of forced opening of the diaphragm device arranged at the outlet from the forehearth.

Компенсатор динамической составляющей мультипликатора выполнен в виде коаксиального поршня, надпоршневая часть которого связана с дренированной емкостью для слива жидкости при торможении, а подпоршневое пространство через гидравлический канал с подпоршневым пространством дифференциального мультипликатора.The compensator of the dynamic component of the multiplier is made in the form of a coaxial piston, the over-piston part of which is connected with a drained container for draining the fluid during braking, and the under-piston space through the hydraulic channel with the under-piston space of the differential multiplier.

Быстродействующий клапан запуска системы стабилизации содержит цилиндр с поршнем и заглушкой, установленный по оси корпуса клапана на пилонах и образующий кольцевой канал Д с корпусом клапана, при этом кольцевой канал Д связывает ресивер через сквозной цилиндрический канал с надпоршневым пространством дифференциального мультипликатора, а в цилиндре между заглушкой и поршнем образована полость Г, к которой подсоединена пневмотрасса с манометром, вентилем и электромагнитным клапаном.The high-speed stabilization start valve contains a cylinder with a piston and a plug installed along the axis of the valve body on the pylons and forming an annular channel D with a valve body, while the annular channel D connects the receiver through the through cylindrical channel with the over-piston space of the differential multiplier, and in the cylinder between the plug and a piston G cavity is formed, to which is connected a pneumatic system with a manometer, a valve and an electromagnetic valve.

Поршень мультипликатора содержит систему обратной связи, выполненную в виде канала высокого давления, один конец корпуса которого неподвижно закреплен на торце малой ступени поршня и сообщается с полостью Б форкамеры, а второй конец корпуса канала подвижно входит в пневмоцилиндр высокого давления, где расположен поршень со штоком, который через канал В во фланце корпуса мультипликатора взаимодействует с поршнем быстродействующего клапана запуска системы стабилизации.The multiplier piston contains a feedback system made in the form of a high-pressure channel, one end of the housing of which is fixedly mounted on the end of the small piston stage and communicates with the chamber B of the prechamber, and the second end of the channel body is movably included in the high-pressure pneumatic cylinder where the piston with the rod is located, which through channel B in the flange of the multiplier housing interacts with the piston of the high-speed stabilization start valve.

Устройство управляемого вскрытия диафрагмы содержит корпус с поршнями, расположенными по его торцам с жидкостью между ними, при этом поршень, обращенный к диафрагме оснащен ножом и приводится в движение вторым поршнем, на который воздействует подрывное устройство, управляемое с пульта.The device for controlled opening of the diaphragm contains a housing with pistons located at its ends with liquid between them, while the piston facing the diaphragm is equipped with a knife and is driven by a second piston, which is affected by a remote control device.

Конструктивное решение импульсной аэродинамической трубы, а именно последовательно расположенные ресивер с толкающим газом, компенсатор динамической составляющей поршня дифференциального мультипликатора, расположенный по оси трубы, быстродействующий пневмоклапан запуска системы стабилизации, взаимодействующий с полостью форкамеры через поршень со штоком, встроенные в поршень дифференциального мультипликатора, дифференциальный мультипликатор, подпоршневое пространство которого заполнено жидкостью, приводящей в действие систему компенсации динамики поршня дифференциального мультипликатора; форкамера с коаксиальными электродами, длина которой допускает адиабатическое сжатие рабочего газа и диафрагма с управляемым по времени вскрытием, при скоростях движения поршней системы компенсации и дифференциального мультипликатора задаются расходом жидкости, перетекающей из подпоршневого пространства мультипликатора в надпоршневое пространство поршня компенсатора динамической составляющей мультипликатора; быстроразъемный корпус мультипликатора, все это обеспечивает возможность решения многих экспериментальных задач в одной аэродинамической трубе.The constructive solution of a pulsed wind tunnel, namely a sequentially placed receiver with pushing gas, a compensator for the dynamic component of the differential multiplier piston, located along the pipe axis, a quick-acting stabilization system start-up pneumatic valve that interacts with the pre-chamber cavity through a piston with a rod, integrated into the differential multiplier piston, differential multiplier whose sub-piston space is filled with a fluid that drives the systems compensation for the dynamics of the piston of the differential multiplier; a prechamber with coaxial electrodes, the length of which allows adiabatic compression of the working gas and a diaphragm with a time-controlled opening, at speeds of movement of the pistons of the compensation system and the differential multiplier, are set by the flow rate of the fluid flowing from the under-piston space of the multiplier to the over-piston space of the piston of the compensator of the dynamic component of the multiplier; quick-detachable case of the animator, all this provides the opportunity to solve many experimental problems in one wind tunnel.

Гиперзвуковая импульсная аэродинамическая труба кратковременного действия со стабилизацией параметров потока обеспечивает следующие режимы работы.The hypersonic pulsed wind tunnel of short duration with stabilization of flow parameters provides the following operating modes.

На режимах с адиабатическим сжатием:In adiabatic compression modes:

1 - адиабатический нагрев воздуха;1 - adiabatic heating of air;

2 - дуга + химическая энергия + адиабатический нагрев, например: дуга + воздух + N₂O + N₂ (85% N₂O + 15% N₂) + Н₂ + О₂ или дуга + Н₂ + O₂ + воздух; возможно использование других горючих газов, например пропана C₃H₈.2 - arc + chemical energy + adiabatic heating, for example: arc + air + N ₂ O + N ₂ (85% N ₂ O + 15% N ₂ ) + H ₂ + O ₂ or arc + H ₂ + O ₂ + air ; other flammable gases may be used, for example propane C ₃ H ₈ .

На режимах без адиабатического сжатия (варианты работы в режиме стабилизации параметров потока):In modes without adiabatic compression (options for stabilizing flow parameters):

3 - электрическая дуга + воздух;3 - electric arc + air;

4 - дуга + воздух + химическая энергия, например: дуга + воздух + N₂O + N₂.4 - arc + air + chemical energy, for example: arc + air + N ₂ O + N ₂ .

Перечисленные признаки не выявлены в других технических решениях при изучении уровня данной области техники и, следовательно, техническое решение является новым.The listed features are not identified in other technical solutions when studying the level of this technical field and, therefore, the technical solution is new.

На фиг.1 показана схема импульсной аэродинамической трубы кратковременного действия со стабилизацией параметров потока; на фиг.2 - схемы устройства запуска дифференцированного мультипликатора давления и быстродействующего клапана запуска системы стабилизации, на фиг.3 - схема узла управляемого вскрытия диафрагмы.Figure 1 shows a diagram of a pulsed wind tunnel of short duration with stabilization of flow parameters; figure 2 is a diagram of a device for starting a differential pressure multiplier and a quick-acting valve for starting a stabilization system, figure 3 is a diagram of a node for controlled opening of a diaphragm.

Импульсная аэродинамическая труба кратковременного действия со стабилизацией параметров потока содержит ресивер 1 с толкающим газом, манометром для контроля давления в баллоне и пневмотрассу с вентилем 2. К ресиверу 1 присоединен компенсатор 3 динамической составляющей движения поршня 4 дифференциального мультипликатора 5. Компенсатор 3 состоит из коаксиального поршня 6, сквозного цилиндрического канала 7, емкости 8 с крышкой для слива жидкости из полости А, используемой для торможения коаксиального поршня 6; пневмотрассы 9 с манометром и электромагнитного клапана двойного действия. Подпоршневое пространство 10 коаксиального поршня 6 с демпфирующей жидкостью соединено гидравлическим каналом с регулируемой длиной 11 с подпоршневым пространством 12 дифференциального мультипликатора давления 5. В верхней точке гидравлического канала 11 расположен небольшой дренированный объем 13 с обратным клапаном для выхода газовых пузырьков из демпфирующей жидкости. Гидравлический канал 11 выполнен с возможностью регулирования его длины, при необходимости удлинения или укорочения длины и имеет вентиль 14 для изменения площади проходного сечения.A short-duration pulse wind tunnel with stabilization of flow parameters contains a receiver 1 with pushing gas, a pressure gauge for monitoring the pressure in the cylinder and a pneumatic valve with valve 2. A compensator 3 is attached to the dynamic component of the piston movement 4 of the differential multiplier 5. The compensator 3 consists of a coaxial piston 6 , a through cylindrical channel 7, a container 8 with a cover for draining the fluid from the cavity And used to brake the coaxial piston 6; pneumatic system 9 with a manometer and a double-acting solenoid valve. The under-piston space 10 of the coaxial piston 6 with the damping liquid is connected by a hydraulic channel with an adjustable length 11 to the under-piston space 12 of the differential pressure multiplier 5. At the upper point of the hydraulic channel 11 there is a small drained volume 13 with a check valve for gas bubbles to escape from the damping liquid. The hydraulic channel 11 is made with the possibility of regulating its length, if necessary, lengthening or shortening the length and has a valve 14 to change the passage area.

Компенсатор 3 динамической составляющей мультипликатора через фланец 15 соединен с быстродействующим клапаном запуска системы стабилизации 16 (фиг.2). Быстродействующий клапан 16 с другой стороны присоединен через фланец 17 с каналом В к корпусу дифференциального мультипликатора давления 5.The compensator 3 of the dynamic component of the multiplier through the flange 15 is connected to a high-speed valve to start the stabilization system 16 (figure 2). The high-speed valve 16, on the other hand, is connected through a flange 17 with a channel B to the housing of the differential pressure multiplier 5.

Корпус дифференциального мультипликатора давления 5 выполнен разъемным и состоит из двух частей, которые соединены между собой быстроразъемным соединением. Подпоршневая часть корпуса через фланец 18 с лабиринтным уплотнением (не показано) присоединена к форкамере 19.The housing of the differential pressure multiplier 5 is detachable and consists of two parts that are interconnected by a quick disconnect connection. The under-piston part of the housing through the flange 18 with a labyrinth seal (not shown) is connected to the prechamber 19.

Форкамера 19 содержит пневмотрассу 20 с вентилем для заполнения сжатым воздухом полости Б, коаксиальные электроды 21 с конденсаторной батареей, вентиль 22 с манометром для контроля давления при зарядке форкамеры 19 сжатыми газами. Для заполнения форкамеры азотом и реагирующими газами через обратный клапан 23 используется стыковочный блок 24, к которому подведены пневмотрассы с вентилями от баллонов с азотом, закисью азота, пропаном, кислородом и водородом. Причем стыковочный блок 24 после заполнения форкамеры 19 смесью реагирующих газов перед запуском дистанционно отводится от трубы.The pre-chamber 19 contains a pneumatic track 20 with a valve for filling cavity B with compressed air, coaxial electrodes 21 with a capacitor bank, a valve 22 with a pressure gauge for monitoring pressure when charging the pre-chamber 19 with compressed gases. To fill the prechamber with nitrogen and reacting gases through the check valve 23, a docking unit 24 is used, to which pneumatic ducts with valves from cylinders with nitrogen, nitrous oxide, propane, oxygen and hydrogen are connected. Moreover, the docking unit 24 after filling the prechamber 19 with a mixture of reacting gases before starting, is remotely removed from the pipe.

На корпусе форкамеры 19 также находятся стыковочный узел 25 с обратным клапаном для подсоединения импульсного высокоэнтальпийного адиабатического генератора 26.On the case of the pre-chamber 19 there is also a docking unit 25 with a check valve for connecting a pulsed high-enthalpy adiabatic generator 26.

Поршень мультипликатора 4 в предстартовом состоянии находится в крайнем левом положении и может взаимодействовать с быстродействующим клапаном запуска системы стабилизации 16 через систему обратной связи. Схема взаимодействия показана на фиг.2.The piston of the multiplier 4 in the pre-launch state is in the extreme left position and can interact with the high-speed valve of the start of the stabilization system 16 through the feedback system. The interaction scheme is shown in figure 2.

Поршень мультипликатора 4 (фиг.2) состоит из малой ступени 27, большой ступени 28 поршня и системы обратной связи, обеспечивающей быстрое открытие пневмоклапана 16 (2-5 мс). Основная функция этой системы состоит в том, чтобы предотвратить включение в работу мультипликатора давления при отсутствии электродугового разряда в форкамере (отсутствие роста давления) либо при незавершенности химической реакции (давление в форкамере не повысилось до определенного уровня). Система состоит из канала высокого давления 29, один конец цилиндрического корпуса которого неподвижно закреплен на торце малой ступени поршня 27 и сообщается с полостью Б форкамеры 19, а второй конец корпуса канала подвижно входит в пневмоцилиндр высокого давления 30, где расположен поршень 31 со штоком 32. Шток 32 в предстартовом состоянии трубы через канал В большого сечения во фланце 17 корпуса мультипликатора давления 5 соприкасается (или находится вблизи) с поршнем 33 быстродействующего клапана (фиг.2). Поршень размещен в цилиндре 34, расположенном по оси корпуса клапана на пилонах и образующем кольцевой канал Д с корпусом клапана 16. Через кольцевой канал Д толкающий газ из ресивера 1 по сквозному цилиндрическому каналу 7 подводится в надпоршневое пространство дифференциального мультипликатора 5. В цилиндре 34 между заглушкой 35 и поршнем 33 выполнена полость Г, к которой подсоединена пневмотрасса 36 с манометром, вентилем и электромагнитным клапаном.The multiplier piston 4 (Fig. 2) consists of a small stage 27, a large stage 28 of the piston and a feedback system that provides quick opening of the pneumatic valve 16 (2-5 ms). The main function of this system is to prevent the inclusion of a pressure multiplier in the absence of an electric arc discharge in the prechamber (no increase in pressure) or when the chemical reaction is incomplete (the pressure in the prechamber did not rise to a certain level). The system consists of a high-pressure channel 29, one end of the cylindrical body of which is fixedly mounted on the end of the small piston stage 27 and communicates with the cavity B of the pre-chamber 19, and the second end of the channel body is movably included in the high-pressure pneumatic cylinder 30, where the piston 31 with the rod 32 is located. The rod 32 in the pre-start state of the pipe through the channel In a large section in the flange 17 of the housing of the pressure multiplier 5 is in contact (or is close) with the piston 33 of the high-speed valve (figure 2). The piston is placed in the cylinder 34, located along the axis of the valve body on the pylons and forming an annular channel D with the valve body 16. Through the annular channel D, pushing gas from the receiver 1 is fed through the cylindrical channel 7 into the over-piston space of the differential multiplier 5. In the cylinder 34 between the plug 35 and a piston 33, a cavity G is made, to which a pneumatic link 36 is connected with a pressure gauge, a valve and an electromagnetic valve.

Полость Б форкамеры 19 (фиг.1) перед началом работы трубы изолируется от дросселирующей камеры 37 и сопла 38 (газодинамического тракта трубы) с помощью диафрагмы 39 и устройства управляемого вскрытия 40 (фиг.2). Управляемое вскрытие диафрагмы необходимо при использовании химических источников энергии при нагреве рабочего газа, с тем, чтобы реакция в форкамере завершилась полностью и только после окончания реакции произошло вскрытие диафрагмы при поступлении электрического сигнала с пульта управления (не показано). Обычно это время изменяется от нескольких миллисекунд до десятков миллисекунд.The cavity B of the pre-chamber 19 (FIG. 1) is isolated from the throttling chamber 37 and the nozzle 38 (gas-dynamic path of the pipe) before the start of operation of the pipe using the diaphragm 39 and the controlled opening device 40 (FIG. 2). A controlled opening of the diaphragm is necessary when using chemical energy sources when heating the working gas, so that the reaction in the prechamber completes completely and only after the end of the reaction the diaphragm is opened when an electric signal is received from the control panel (not shown). Usually this time varies from a few milliseconds to tens of milliseconds.

При отсутствии химических источников энергии применяется диафрагма без устройства управляемого вскрытия, разрушающаяся под воздействием давления.In the absence of chemical energy sources, a diaphragm without a controlled opening device is used, which collapses under the influence of pressure.

На фиг.3 схематично изображено устройство 40 управляемого (принудительного) вскрытия диафрагмы 39, которое содержит корпус с поршнями 41 и 42, расположенными по его торцам с жидкостью между ними, при этом поршень 41, обращенный к диафрагме 39 оснащен ножом 43 и приводится в движение вторым поршнем 42, на который воздействует подрывное устройство 44, управляемое с пульта. Нож имеет квадратное сечение с тремя режущими кромками (не показано). Четвертая кромка заглублена внутрь ножа и не участвует во вскрытии диафрагмы.Figure 3 schematically shows a device 40 controlled (forced) opening of the diaphragm 39, which contains a housing with pistons 41 and 42 located at its ends with fluid between them, while the piston 41 facing the diaphragm 39 is equipped with a knife 43 and is driven a second piston 42, which is affected by a remote control device 44. The knife has a square cross section with three cutting edges (not shown). The fourth edge is deepened inside the knife and does not participate in the opening of the diaphragm.

При подаче электрического импульса на подрывное устройство 44 происходит подрыв порохового заряда. Давление между поршнем 42 и поджигающим устройством 44 резко возрастает и через поршень передается на жидкость между поршнями. Под воздействием давления в жидкости подвижный поршень 41 вместе с ножом 43 смещаются вправо. Нож тремя режущими кромками надрезает по периметру диафрагму 39, которая под воздействием давления в форкамере вскрывается и отгибается по потоку вдоль четвертой кромки.When an electrical impulse is supplied to the blasting device 44, the powder charge is detonated. The pressure between the piston 42 and the firing device 44 increases sharply and is transmitted through the piston to the fluid between the pistons. Under the influence of pressure in the liquid, the movable piston 41 together with the knife 43 are shifted to the right. The knife cuts the diaphragm 39 along the perimeter with three cutting edges, which, under the influence of pressure in the prechamber, opens and bends downstream along the fourth edge.

Материал и толщина диафрагмы подбираются такими, чтобы выдержать ожидаемое давление в форкамере (например, 1000 бар).The material and diaphragm thickness are selected to withstand the expected pressure in the prechamber (e.g. 1000 bar).

Работа импульсной трубы при числах Маха М=4-7 осуществляется с использованием дросселирующей камеры 37, которая присоединяется к корпусу форкамеры 19. При экспериментах в диапазоне чисел М=8-20 дросселирующая камера 37 не используется и сопло 38 непосредственно присоединяется к корпусу форкамеры 19. В связи с многовариантностью рабочих режимов универсальной гиперзвуковой импульсной аэродинамической трубы кратковременного действия со стабилизацией параметров потока рассмотрим каждый из них.The operation of the impulse pipe at Mach numbers M = 4-7 is carried out using a throttling chamber 37, which is attached to the body of the prechamber 19. In experiments in the range of numbers M = 8-20, the throttling chamber 37 is not used and the nozzle 38 is directly connected to the body of the prechamber 19. In connection with the multivariance of the operating modes of a universal hypersonic pulsed wind tunnel of short duration with stabilization of flow parameters, we consider each of them.

Пример 1Example 1

Работа импульсной аэродинамической трубы в режиме адиабатического нагрева рабочего газа.The operation of a pulsed wind tunnel in adiabatic heating of the working gas.

Подготовка трубы к пуску предусматривает выполнение следующих операций (фиг.1, 2).Preparing the pipe for start-up involves the following operations (figures 1, 2).

Перед экспериментом газодинамический тракт трубы, включая дросселирующую камеру 37, сопло 38, рабочую часть и выхлопную вакуумную емкость (не показано) изолируют от форкамеры 19 диафрагмой 39 без устройства управления вскрытием диафрагмы (отсутствует химический подогрев) и откачивают вакуумными насосами до давления ~ 10^-2 мм рт. ст.Before the experiment, the gasdynamic path of the pipe, including the throttling chamber 37, nozzle 38, the working part, and the vacuum exhaust tank (not shown) are isolated from the prechamber 19 by the diaphragm 39 without a diaphragm opening control device (there is no chemical heating) and pumped out with vacuum pumps to a pressure of ~ 10 ^-2 mmHg Art.

Полость Г быстродействующего клапана запуска системы стабилизации 16 заполняют сжатым газом, при этом поршень 33 смещается вправо и закрывает канал В во фланце 17.The cavity G of the quick-acting valve for starting the stabilization system 16 is filled with compressed gas, while the piston 33 is shifted to the right and closes the channel B in the flange 17.

Ресивер 1 через вентиль 2 заполняется воздухом до рабочего давления (50-200 кг/см²), при этом одновременно заполняется и сквозной цилиндрический канал 7 вплоть до канала В.The receiver 1 through the valve 2 is filled with air to a working pressure (50-200 kg / cm ² ), while at the same time the through cylindrical channel 7 is filled up to channel B.

Крышка емкости 8 закрывается и в полость А подается небольшое избыточное давление из пневмотрассы 9 с помощью электромагнитного клапана двойного действия (при отсутствии напряжения на клапане происходит сброс давления из полости А в атмосферу, при наличии напряжения - сброс давления прекращается, происходит наполнение полости А сжатым воздухом). При этом поршень 6 смещается вправо, вытесняя жидкость из подпоршневого пространства 10 коаксиального поршня 6, через гидравлический канал 11 в подпоршневое пространство 12 дифференциального мультипликатора давления 5. При прохождении жидкости через канал 11 обратный клапан дренированного объема 13 автоматически закрывается. Под воздействием давления жидкости поршень 4 дифференциального мультипликатора 5 смещается влево до крайнего положения. Крышка емкости 8 открывается. К корпусу форкамеры 19 (к узлу 25) пристыковывается импульсный адиабатический генератор высокоэнтальпийного газа 26. Вентиль 22 контроля уровня давления в полости Б форкамеры 19 закрывается.The lid of the container 8 closes and a small excess pressure is supplied from cavity A through a double-acting electromagnetic valve 9 to the cavity A (in the absence of voltage on the valve, pressure is released from cavity A into the atmosphere, in the presence of voltage, pressure relief is stopped, cavity A is filled with compressed air ) In this case, the piston 6 is shifted to the right, displacing fluid from the sub-piston space 10 of the coaxial piston 6, through the hydraulic channel 11 into the sub-piston space 12 of the differential pressure multiplier 5. When the fluid passes through the channel 11, the non-return valve of the drained volume 13 automatically closes. Under the influence of fluid pressure, the piston 4 of the differential multiplier 5 shifts to the left to the extreme position. Cap 8 opens. A pulse adiabatic generator of high enthalpy gas 26 is docked to the body of the pre-chamber 19 (to the node 25). The valve 22 for controlling the pressure level in the cavity B of the pre-chamber 19 is closed.

Импульсная труба готова к пуску.The impulse pipe is ready to start.

При запуске включается в работу импульсный адиабатический генератор 26 и полость Б форкамеры 19 через стыковочный узел 25 и обратный клапан заполняется рабочим газом при давлении ~200 кг/см² и температуре ~(1200-1500) К. При достижении расчетного давления в полости форкамеры Б, сила, действующая на поршень 31 (фиг.2) со штоком 32, превысит запирающее усилие, действующее на поршень 33 быстродействующего клапана запуска системы стабилизации 16 со стороны полости Г (давление запирания выбирается перед пуском трубы исходя из соотношения площадей поршней и давления в форкамере). Поршень 33 отойдет влево и приоткроет кольцевой канал Д, ширина которого определяется величиной хода поршня 31.When starting, the pulse adiabatic generator 26 and cavity B of the pre-chamber 19 are turned on through the connecting unit 25 and the check valve is filled with working gas at a pressure of ~ 200 kg / cm ² and a temperature of ~ (1200-1500) K. When the calculated pressure in the cavity of the pre-chamber B is reached , the force acting on the piston 31 (FIG. 2) with the rod 32 will exceed the locking force acting on the piston 33 of the high-speed valve for starting the stabilization system 16 from the cavity G side (the locking pressure is selected before starting the pipe based on the ratio of the areas of the pistons and pressure when the pre-chamber). The piston 33 will move to the left and open the annular channel D, the width of which is determined by the magnitude of the piston stroke 31.

При этом толкающий газ через канал В во фланце 17 поступает в надпоршневое пространство дифференциального мультипликатора давления 5. Под воздействием давления толкающего газа поршень 33 быстродействующего пневмоклапана 16 отходит в крайнее левое положение и полностью открывает канал В во фланце 17 для прохождения газа. Дифференциальный мультипликатор давления 5 начинает адиабатически сжимать рабочий газ в полости Б форкамеры 19 с постоянной скоростью до параметров, определяемых давлением толкающего газа, соотношением площадей большой 28 и малой 27 ступеней дифференциального поршня 4 и нарастающим давлением в полости Б форкамеры 19. Величина постоянной скорости поршня 4 мультипликатора 5 выбирается исходя из расхода рабочего газа и задается расходом демпфирующей жидкости через гидравлический канал 11 вентилем 14 перед пуском. Одновременно со стартом поршня 4 дифференциального мультипликатора 5 под воздействием демпфирующей жидкости стартует коаксиальный поршень 6 системы компенсации динамической составляющей 3, который движется в обратную сторону. Масса коаксиального поршня 6 при настройке системы компенсации подбирается таким образом, чтобы не было отдачи на корпус трубы в момент старта поршня 4 дифференциального мультипликатора 5. При отсутствии системы компенсации величина отдачи может достигать нескольких десятков тон.In this case, the pushing gas through the channel B in the flange 17 enters the over-piston space of the differential pressure multiplier 5. Under the influence of the pressure of the pushing gas, the piston 33 of the high-speed pneumatic valve 16 moves to the leftmost position and completely opens the channel B in the flange 17 for gas passage. The differential pressure multiplier 5 starts adiabatically compressing the working gas in the cavity B of the pre-chamber 19 with a constant speed up to the parameters determined by the pressure of the pushing gas, the ratio of the areas of the large 28 and small 27 steps of the differential piston 4 and the increasing pressure in the cavity B of the pre-chamber 19. The value of the constant speed of the piston 4 the multiplier 5 is selected based on the flow rate of the working gas and is set by the flow rate of the damping fluid through the hydraulic channel 11 by the valve 14 before starting. Simultaneously with the start of the piston 4 of the differential multiplier 5, under the influence of the damping fluid, the coaxial piston 6 of the dynamic component compensation system 3 starts, which moves in the opposite direction. The mass of the coaxial piston 6 when setting up the compensation system is selected so that there is no recoil to the pipe body at the time of the start of the piston 4 of the differential multiplier 5. In the absence of a compensation system, the recoil can reach several tens of tons.

На заключительном этапе сжатия рабочего газа в форкамере 19 диафрагма 39 (без устройства управляемого вскрытия) вскрывается под воздействием высокого давления и рабочий газ с постоянным расходом выжимается или в дросселирующую камеру 37 с соплом 38 при (М=4-7), или напрямую в сопло 38 при эксперименте со скоростями М=8-20.At the final stage of compression of the working gas in the prechamber 19, the diaphragm 39 (without a controlled tamper) is opened under high pressure and the working gas is squeezed out at a constant flow rate either into the throttle chamber 37 with the nozzle 38 at (M = 4-7), or directly into the nozzle 38 when experimenting with speeds M = 8-20.

В конце рабочего цикла торможение поршня 4 дифференциального мультипликатора 5 осуществляется лабиринтным уплотнением, находящимся на большой ступени 28 поршня и на фланце 18.At the end of the operating cycle, the piston 4 of the differential multiplier 5 is braked by a labyrinth seal located on the piston large stage 28 and on the flange 18.

Торможение коаксиального поршня 6 происходит на начальном этапе небольшим повышением давления в полости А (крышка емкости 8 открыта), а на конечном этапе с помощью жидкости, проходящей через лабиринтные уплотнения на коаксиальном поршне 6 и фланце 18. При этом жидкость перетекает в дренированную емкость 13.The braking of the coaxial piston 6 occurs at the initial stage by a slight increase in pressure in the cavity A (the lid of the tank 8 is open), and at the final stage with the help of the fluid passing through the labyrinth seals on the coaxial piston 6 and the flange 18. In this case, the fluid flows into the drained tank 13.

Пример 2Example 2

Работа импульсной аэродинамической трубы в режиме дуга + химическая энергия + адиабатический нагрев (без импульсного генератора адиабатического нагрева 26).The operation of a pulsed wind tunnel in the arc mode + chemical energy + adiabatic heating (without a pulse generator of adiabatic heating 26).

Поскольку подготовка установки к пуску представлена в предыдущем разделе, здесь будет дано описание только тех изменений технологического процесса, которые необходимы для реализации данного режима.Since the preparation of the installation for start-up is presented in the previous section, here we will describe only those changes in the process that are necessary to implement this mode.

Поскольку в этом примере работы трубы используется химическая энергия, то форкамера изолируется от газодинамического тракта диафрагмой 39 с устройством управляемого вскрытия 40. От стыковочного узла 25 отсоединяется импульсный адиабатический генератор 26 (если он был подсоединен). При этом обратный клапан стыковочного узла 25 герметично изолирует полость Б форкамеры 19 от внешней среды. Вентиль 22 для контроля давления в форкамере открыт.Since chemical energy is used in this pipe operation example, the prechamber is isolated from the gas-dynamic path by a diaphragm 39 with a controlled tamper 40. The pulse adiabatic generator 26 is disconnected from the docking station 25 (if it was connected). In this case, the check valve of the docking unit 25 hermetically isolates the cavity B of the pre-chamber 19 from the external environment. The valve 22 for monitoring the pressure in the prechamber is open.

К форкамере 19 через обратный клапан 23 присоединяется стыковочный блок 24 для заполнения полости Б форкамеры смесью заранее определенных типов газов. Заполнение осуществляется дистанционно с пульта управления (не показано), включая также заполнение воздухом из пневмотрассы 20. Контроль давлений осуществляется манометром 22. После заполнения форкамеры 19 газами вентиль 20 закрывают, стыковочный блок 24 отводят дистанционно с пульта управления от форкамеры, разрывая механическую связь с корпусом. Обратный клапан 23 автоматически закрывается при отводе стыковочного блока. Конденсаторная батарея 21 заряжается до необходимого напряжения.A docking unit 24 is connected to the pre-chamber 19 through the check valve 23 to fill the pre-chamber cavity B with a mixture of predefined types of gases. Filling is carried out remotely from the control panel (not shown), including also filling with air from the air duct 20. Pressure is monitored by pressure gauge 22. After filling the chamber 19 with gases, the valve 20 is closed, the docking unit 24 is removed remotely from the control panel from the chamber, breaking the mechanical connection with the housing . The check valve 23 automatically closes when the docking unit is retracted. The capacitor bank 21 is charged to the required voltage.

При запуске трубы происходит разряд конденсаторной батареи 21 в форкамере 19 с выделением тепловой энергии. Время горения дуги ~1 мс. В процессе горения дуги водород (пропан С₃Н₈) воспламеняется, вступая в реакцию с кислородом, давление и температура смеси повышается. При достижении температуры (900-1200) К начинается реакция разложения закиси азота с выделением тепла. Продолжительность реакции составляет от нескольких миллисекунд до нескольких десятков миллисекунд, в зависимости от процентного содержания закиси азота в смеси. При достижении давления в форкамере, близкого к максимальному, усилие, действующее на поршень 31 со штоком 32 (фиг.2), превысит запирающее усилие со стороны полости Г и поршень 33 отойдет влево от седла корпуса быстродействующего клапана 16. Канал В откроется и толкающий газ поступит в надпоршневое пространство дифференциального мультипликатора 5.When the pipe starts, the capacitor bank 21 is discharged in the prechamber 19 with the release of thermal energy. Arc burning time ~ 1 ms. In the process of arc burning, hydrogen (propane C ₃ H ₈ ) ignites, reacting with oxygen, the pressure and temperature of the mixture increase. When the temperature reaches (900-1200) K, the decomposition of nitrous oxide begins with the release of heat. The duration of the reaction is from a few milliseconds to several tens of milliseconds, depending on the percentage of nitrous oxide in the mixture. When the pressure in the prechamber is close to the maximum, the force acting on the piston 31 with the stem 32 (Fig. 2) will exceed the locking force from the side of the cavity G and the piston 33 will move to the left of the seat of the valve body 16. The channel B will open and pushing gas will enter the over-piston space of the differential multiplier 5.

Под воздействием давления толкающего газа поршень 33 быстродействующего пневмоклапана 16 отходит в крайнее левое положение и полностью откроет канал В для прохождения газа. Поршень 4 мультипликатора начнет адиабатически сжимать рабочий газ в полости Б с постоянной скоростью до параметров, определяемых давлением толкающего газа, соотношением площадей большой 28 и малой 27 ступеней дифференциального поршня 4 мультипликатора 5. Величина постоянной скорости поршня 4 дифференциального мультипликатора 5 выбирается исходя из расхода рабочего газа и задается расходом демпфирующей жидкости через гидравлический канал 11 вентилем 14 перед пуском.Under the influence of the pressure of the pushing gas, the piston 33 of the high-speed pneumatic valve 16 moves to the extreme left position and completely opens the channel B for gas passage. The piston 4 of the multiplier will adiabatically compress the working gas in cavity B at a constant speed to the parameters determined by the pressure of the pushing gas, the ratio of the areas of large 28 and small 27 steps of the differential piston 4 of the multiplier 5. The constant speed of the piston 4 of the differential multiplier 5 is selected based on the flow of the working gas and is set by the flow rate of the damping fluid through the hydraulic channel 11 by the valve 14 before starting.

Через промежуток времени с момента разряда конденсаторной батареи, включающий время реакции химических компонент (3-40) мс и (30-50)% времени движения поршня 4, подается сигнал на устройство 40 управляемого вскрытия диафрагмы 39 (фиг.3).After a period of time from the moment of discharge of the capacitor bank, including the reaction time of the chemical components (3-40) ms and (30-50)% of the time the piston 4 moves, a signal is supplied to the device 40 for controlled opening of the diaphragm 39 (Fig. 3).

При подаче электрического импульса на поджигающее устройство 44 происходит подрыв порохового заряда. Давление между поршнем 42 и поджигающим устройством 44 резко возрастает и через поршень передается на жидкость между поршнями 41 и 42. Под воздействием давления в жидкости подвижный поршень 41 вместе с ножом 43 смещаются вправо. Нож тремя режущими кромками надрезает по периметру диафрагму 39, которая под воздействием давления в форкамере вскрывается и отгибается по потоку вдоль четвертой кромки.When an electric pulse is applied to the ignition device 44, the powder charge is detonated. The pressure between the piston 42 and the firing device 44 increases sharply and is transmitted through the piston to the fluid between the pistons 41 and 42. Under the influence of pressure in the fluid, the movable piston 41 together with the knife 43 are shifted to the right. The knife cuts the diaphragm 39 along the perimeter with three cutting edges, which, under the influence of pressure in the prechamber, opens and bends downstream along the fourth edge.

Одновременно со стартом поршня 4 дифференциального мультипликатора под воздействием демпфирующей жидкости стартует коаксиальный поршень 6 компенсатора 3 динамической составляющей мультипликатора, который движется в обратную сторону. Торможение поршней 4, 6 на заключительном этапе работы описано в предыдущем примере.Simultaneously with the start of the piston 4 of the differential multiplier, under the influence of the damping fluid, the coaxial piston 6 of the compensator 3 of the dynamic component of the multiplier starts, which moves in the opposite direction. The braking of the pistons 4, 6 at the final stage of operation is described in the previous example.

Пример 3Example 3

Работа импульсной аэродинамической трубы в режиме дуга + воздух.Pulse wind tunnel operation in arc + air mode.

При подготовке трубы к работе в обычном классическом режиме (нагрев рабочего газа осуществляется только дугой), поршень 4 сдвигается вправо до упора и левая часть быстроразъемного корпуса мультипликатора 5 убирается. Фланец 17 левой части корпуса мультипликатора 5 с быстродействующим пневмоклапаном 16 и другими системами установки присоединяется к правой части корпуса мультипликатора 5. При этом укорачивается и гидравлический канал 11. После выполнения этих операций в полость А при закрытой крышке емкости 8 подается избыточное давление с помощью клапана двойного действия 9. При этом коаксиальный поршень 6 и поршень 4 дифференциального мультипликатора 5 возвращается в предстартовое положение. Форкамера 19 изолируется от газодинамического тракта трубы 37 и 38 диафрагмой 39 без устройства управляемого вскрытия.When preparing the pipe for operation in the usual classical mode (heating of the working gas is carried out only by an arc), the piston 4 is shifted to the right to the stop and the left part of the quick disconnect case of the multiplier 5 is removed. The flange 17 of the left part of the multiplier housing 5 with a high-speed pneumatic valve 16 and other installation systems is connected to the right part of the multiplier housing 5. The hydraulic channel 11 is also shortened. After these operations, overpressure is applied to cavity A with the container lid 8 closed, using a double valve actions 9. In this case, the coaxial piston 6 and the piston 4 of the differential multiplier 5 returns to the pre-launch position. The prechamber 19 is isolated from the gas-dynamic path of the pipe 37 and 38 by the diaphragm 39 without a controlled opening device.

В принципе, величина фиксированного объема форкамеры 19 (полость Б) может выбираться в широких пределах за счет сменной левой части корпуса мультипликатора 5, исходя из величины максимальной энергии, запасаемой в конденсаторной батарее 21, и максимальных величин параметров торможения, которые необходимо реализовывать в конкретных задачах.In principle, the value of the fixed volume of the prechamber 19 (cavity B) can be selected over a wide range due to the replaceable left side of the multiplier housing 5, based on the maximum energy stored in the capacitor bank 21 and the maximum values of the braking parameters that need to be implemented in specific tasks .

Вентилем 20 проводится заполнение полости Б сжатым воздухом. Конденсаторная батарея 21 заряжается до необходимого напряжения.Valve 20 is used to fill cavity B with compressed air. The capacitor bank 21 is charged to the required voltage.

При запуске трубы происходит разряд конденсаторной батареи 21. Давление и температура газа в течение ~1 мс резко увеличиваются. Диафрагма 39 под воздействием давления вскрывается. Вскрытие обычно происходит в течение горения дуги, однако это не влияет практически на величину ожидаемых параметров торможения. Одновременно происходит запуск системы стабилизации параметров потока в форкамере 19 трубы (запуск поршня дифференциального мультипликатора 5). Зная величину ожидаемого давления в полости Б и задавая величины давления толкающего газа и расхода жидкости вентилем 14 через гидравлический канал 11 получаем стабилизированное по давлению и температуре истечение газа из форкамеры 19 в газодинамический тракт трубы.When the pipe starts, the capacitor bank 21 is discharged. The pressure and gas temperature sharply increase over ~ 1 ms. The diaphragm 39 is opened under the influence of pressure. Autopsy usually occurs during the burning of the arc, but this does not practically affect the value of the expected braking parameters. At the same time, the stabilization of the flow parameters in the prechamber 19 of the pipe starts (the piston of the differential multiplier 5 starts up). Knowing the value of the expected pressure in the cavity B and setting the pressure values of the pushing gas and the flow rate of the valve 14 through the hydraulic channel 11, we obtain a pressure and temperature-stabilized gas outflow from the prechamber 19 into the gas-dynamic pipe path.

Пример 4Example 4

Работа импульсной аэродинамической трубы в режиме дуга + воздух + химическая энергия.The operation of a pulsed wind tunnel in arc + air + chemical energy mode.

Перед подготовкой трубы к пуску все системы приводятся в предстартовое состояние. Форкамера изолируется от газодинамического тракта диафрагмой с устройством управляемого вскрытия 40.Before preparing the pipe for start-up, all systems are brought into a pre-start state. The prechamber is isolated from the gasdynamic path by a diaphragm with a controlled opening device 40.

Стыковочный блок 24 подводится к форкамере 19 и механически соединяется через обратный клапан 23 с полостью Б. Форкамера 19 поочередно заполняется смесью газов, например закисью азота N₂O и N₂ в соотношении 85% N₂O, 15% N₂. Аналогично может использоваться химическая энергия других компонент (Н₂, C₃H₈). Далее происходит заполнение воздухом с помощью вентиля 20. Затем стыковочный блок 24 отводится от форкамеры, разрывая механическую связь с корпусом.The docking unit 24 is fed to the pre-chamber 19 and mechanically connected through a non-return valve 23 to the cavity B. The pre-chamber 19 is alternately filled with a mixture of gases, for example, nitrous oxide N ₂ O and N ₂ in a ratio of 85% N ₂ O, 15% N ₂ . Similarly, the chemical energy of other components (H ₂ , C ₃ H ₈ ) can be used. Next, air is filled using the valve 20. Then, the docking unit 24 is diverted from the prechamber, breaking the mechanical connection with the housing.

Производится зарядка конденсаторной батареи 21.The capacitor bank 21 is being charged.

При запуске установки происходит разряд батареи 21, температура и давление газа увеличиваются. При достижении температуры (900-1200) К начинается реакция разложения закиси азота с выделением тепла. В результате разложения в сочетании с 15% азота образуется газ, эквивалентный нагретому воздуху. Продолжительность реакции разложения составляет от нескольких миллисекунд до нескольких десятков миллисекунд, в зависимости от процентного содержания закиси азота в смеси, и сопровождается ростом давления в полости Б. Продолжительность реакции определяется экспериментально без включения поршня 4 дифференциального мультипликатора 5 в работу.When the installation starts, the battery 21 is discharged, the temperature and gas pressure increase. When the temperature reaches (900-1200) K, the decomposition of nitrous oxide begins with the release of heat. The decomposition in combination with 15% nitrogen produces a gas equivalent to heated air. The duration of the decomposition reaction is from several milliseconds to several tens of milliseconds, depending on the percentage of nitrous oxide in the mixture, and is accompanied by an increase in pressure in the cavity B. The duration of the reaction is determined experimentally without turning piston 4 of differential multiplier 5 into operation.

При достижении давления в форкамере 19, близкого к максимальному при разложении закиси азота, усилие, действующее на поршень 31 со штоком 32 (фиг.2), превысит запирающее усилие со стороны полости Г и поршень 33 отойдет влево от седла клапана 16. Канал В откроется и толкающий газ поступает в надпоршневое пространство дифференциального мультипликатора 5.When the pressure in the prechamber 19 is close to the maximum during decomposition of nitrous oxide, the force acting on the piston 31 with the stem 32 (FIG. 2) will exceed the locking force on the side of the cavity G and the piston 33 will move to the left of the valve seat 16. Channel B will open and the pushing gas enters the over-piston space of the differential multiplier 5.

Одновременно с включением в работу поршня мультипликатора подается сигнал на устройство управляемого вскрытия 40 диафрагмы 39. При вскрытии диафрагмы рабочий газ с постоянным расходом вытесняется из форкамеры 19.Simultaneously with the inclusion of the multiplier piston, a signal is supplied to the controlled opening device 40 of the diaphragm 39. When the diaphragm is opened, the working gas with constant flow is displaced from the pre-chamber 19.

Конструктивное решение импульсной аэродинамической трубы позволило расширить ее экспериментальные возможности.The constructive solution of a pulsed wind tunnel made it possible to expand its experimental capabilities.

Источники информацииInformation sources

1. Патент США №3418445, кл. 73-147, 1968.1. US patent No. 3418445, CL. 73-147, 1968.

2. Патент РФ №2093716, МПК F15D 1/00, F15B 19/00, G01M 9/00.2. RF patent No. 2093716, IPC F15D 1/00, F15B 19/00, G01M 9/00.

3. Патент РФ №2115905, МПК G01M 9/00.3. RF patent No. 2115905, IPC G01M 9/00.

4. Авторское свидетельство СССР №1156462, G01M 9/00, 15.01.1985 г. - прототип.4. USSR author's certificate No. 1156462, G01M 9/00, 01/15/1985 - a prototype.

5. Шумский В.В. Комбинированный нагрев рабочего тела в газодинамических высокоэнтальпийных установках. Сибирский физико-технический журнал. 1993. Вып.2.5. Shumsky V.V. Combined heating of the working fluid in gas-dynamic high-enthalpy plants. Siberian Physical-Technical Journal. 1993. Issue 2.

Claims

1. A pulsed wind tunnel containing a prechamber with electrodes, separated from the gas dynamic 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 damping fluid and connected to the drained tank, characterized in that the pipe equipped with a compensator 3 of the dynamic component of the multiplier 5, a quick-acting valve 16 for starting the stabilization system, which is in contact with a 4 m piston a duplicator 5 with a cavity B, a prechamber 19, wherein the case of the multiplier 5 is made with the possibility of a connector, and at the same time its over-piston space is connected to the push gas receiver 1 through a quick-acting stabilization system start valve 16, and the under-piston space through a hydraulic channel with an adjustable length of 11 with a sub-piston the space of the compensator 3 of the dynamic component of the multiplier, the prechamber 19 is equipped with a docking unit 25 and a check valve 23 for connecting, respectively, a pulsed high-enthalpy adiabatic generator 26 and the supply unit of the mixture of reacting gases 24 and contains a forced opening device 40 of the diaphragm 39, located at the outlet of the prechamber.

2. The pulsed wind tunnel according to claim 1, characterized in that the compensator 3 of the dynamic component of the multiplier is made in the form of a coaxial piston, the supra-piston part of which is connected to the drained tank 8 for draining the fluid during braking, and the sub-piston space through a hydraulic channel with an adjustable length of 11 s the sub-piston space of the differential multiplier 5.

3. The pulse wind tunnel according to claim 1, characterized in that the high-speed valve 16 for starting the stabilization system comprises a cylinder 34 with a piston 33 and a plug 35 mounted along the axis of the valve body on the pylons and forming an annular channel D with valve body 16, while channel D connects the receiver through the through cylindrical channel 7 with the over-piston space of the differential multiplier 5, and in the cylinder 34, a cavity G is formed between the plug 35 and the piston 33, to which the pneumatic pipe 36 is connected with a pressure gauge, a valve and a solenoid valve.

4. The pulsed wind tunnel according to claim 1, characterized in that the piston of the multiplier 4 contains a feedback system made in the form of a high pressure channel 29, one end of the housing of which is fixedly mounted on the end face of the small piston stage 27 and communicates with the cavity B of the prechamber 19, and the second end of the channel housing movably enters the high-pressure pneumatic cylinder 30, where the piston 31 with the rod 32 is located, which through the channel B in the flange 17 of the multiplier housing 5 interacts with the piston 33 of the high-speed system start valve 16 stabilization.

5. The pulsed wind tunnel according to claim 1, characterized in that the controlled opening device 40 of the diaphragm 39 comprises a housing with pistons 41, 42 located at its ends with liquid between them, while the piston 41 facing the diaphragm 39 is equipped with a knife 43 and is driven by a second piston 42, which is affected by a blasting device 44, controlled from the remote control.