RU2605643C1 - Subsonic wind tunnel with low level of flow pulsations of infrasound range - Google Patents

Subsonic wind tunnel with low level of flow pulsations of infrasound range Download PDF

Info

Publication number
RU2605643C1
RU2605643C1 RU2015123700/28A RU2015123700A RU2605643C1 RU 2605643 C1 RU2605643 C1 RU 2605643C1 RU 2015123700/28 A RU2015123700/28 A RU 2015123700/28A RU 2015123700 A RU2015123700 A RU 2015123700A RU 2605643 C1 RU2605643 C1 RU 2605643C1
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
diffuser
wind tunnel
holes
collector
damping
Prior art date
Application number
RU2015123700/28A
Other languages
Russian (ru)
Inventor
Геннадий Алексеевич Леонов
Алексей Иванович Цветков
Борис Андреевич Щепанюк
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ)
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования "Санкт-Петербургский государственный университет" (СПбГУ)
Priority to RU2015123700/28A priority Critical patent/RU2605643C1/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2605643C1 publication Critical patent/RU2605643C1/en

Links

Images

Classifications

    • GPHYSICS
    • G01MEASURING; TESTING
    • G01MTESTING STATIC OR DYNAMIC BALANCE OF MACHINES OR STRUCTURES; TESTING OF STRUCTURES OR APPARATUS, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G01M9/00Aerodynamic testing; Arrangements in or on wind tunnels
    • G01M9/02Wind tunnels

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Fluid Mechanics (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Aerodynamic Tests, Hydrodynamic Tests, Wind Tunnels, And Water Tanks (AREA)

Abstract

FIELD: test equipment.
SUBSTANCE: invention relates to wind tunnels and can be used for various tests of aircraft models, ground transport, buildings, structures, bridges. Wind tunnel comprises prechamber, collector, damping plate at collector outlet, open operation part, diffuser with through damping holes with rows of holes, located at a distance from diffuser inlet section, circular funnel above diffuser, rotary sections with rotating blades, one return channel, blade fan, placed behind diffuser. Wherein diffuser has additional through damping holes, located at a certain distance in relation to existing holes, as well as holes, located with gap between blade fan and diffuser and at a distance relative to existing ones.
EFFECT: technical result consists in reduction of flow pulsations in infsound range, eliminating vibrations of wind tunnel and building, elimination of harmful effects on health of personnel.
3 cl, 13 dwg

Description

Изобретение относится к аэродинамическим трубам и может быть использовано для проведения различных испытаний моделей летательных аппаратов, наземного транспорта, зданий, сооружений, мостов. Изобретение может быть использовано для модернизации существующих аэродинамических труб.The invention relates to wind tunnels and can be used for various tests of models of aircraft, land vehicles, buildings, structures, bridges. The invention can be used to upgrade existing wind tunnels.

Информация о контурах и параметрах дозвуковых аэродинамических труб широко представлена в литературе [1, 2].Information on the contours and parameters of subsonic wind tunnels is widely presented in the literature [1, 2].

Дозвуковые аэродинамические трубы можно подразделить на три основных класса: проточного типа, замкнутого типа и с камерой Эйфеля.Subsonic wind tunnels can be divided into three main classes: flow type, closed type and with the Eiffel chamber.

В России традиционно получили распространение аэродинамические трубы, см. [1, 2], замкнутого типа с открытой рабочей частью, содержащие форкамеру, коллектор, открытую рабочую часть, диффузор, кольцевой раструб над диффузором, поворотные секции с поворотными лопатками, один возвратный канал, лопастный вентилятор, размещенный непосредственно за диффузором.In Russia, wind tunnels have traditionally become widespread, see [1, 2], of a closed type with an open working part, containing a prechamber, a collector, an open working part, a diffuser, an annular bell above a diffuser, rotary sections with rotary blades, one return channel, a blade a fan located directly behind the diffuser.

Известна также, например, аэродинамическая труба замкнутого типа, см. [4], содержащая коллектор, рабочую часть, диффузор, обратный канал, вентилятор и поворотные секции, из которых, по крайней мере, первая и вторая секции имеют неодинаковые углы поворота потока, причем секция с меньшим углом поворота потока расположена в сечении, где скорость потока больше, а секция с большим углом поворота потока расположена в сечении, где скорость потока меньше.Also known, for example, is a wind tunnel of a closed type, see [4], which contains a collector, a working part, a diffuser, a return duct, a fan and rotary sections, of which at least the first and second sections have different angles of flow rotation, moreover a section with a smaller flow angle is located in a section where the flow rate is greater, and a section with a larger flow angle is located in a section where the flow rate is less.

Существенный недостаток дозвуковых аэродинамических труб замкнутого типа с открытой рабочей частью, с диффузором, выполненным с плавным раструбом на его входе или дополненным кольцевым раструбом, заключается:A significant drawback of subsonic wind tunnels of a closed type with an open working part, with a diffuser made with a smooth bell at its inlet or supplemented by an annular bell, is:

- в склонности таких труб, при больших линейных размерах аэродинамических труб, к пульсациям потока инфразвукового диапазона;- the tendency of such pipes, with large linear dimensions of wind tunnels, to pulsations of the infrasonic range flow;

- в появлении значительных вибраций аэродинамических труб и зданий, что может привести к разрушению последних;- the appearance of significant vibrations of wind tunnels and buildings, which can lead to the destruction of the latter;

- во влиянии инфразвуковой вибрации значительной амплитуды на обслуживающий персонал, что может иметь следствием заболевания обслуживающего персонала.- in the influence of infrasonic vibration of significant amplitude on the staff, which may result in a disease of the staff.

Устранению существенного недостатка аэродинамических труб замкнутого типа с открытой рабочей частью посвящены многие экспериментальные работы, проведенные в ЦАГИ, в их числе и работа [5].Many experimental works carried out at TsAGI, including work [5], are devoted to the elimination of a significant drawback of closed-type wind tunnels with an open working part.

Наиболее близкой к заявляемому изобретению по техническому результату и техническому решению задачи и принятой в качестве прототипа является аэродинамическая труба замкнутого типа Т-103 ЦАГИ, [5]. Аэродинамическая труба Т-103 содержит форкамеру (1), коллектор (2), демпфирующие пластины (3) на выходе коллектора (2), открытую рабочую часть (4), диффузор (5), сквозные демпфирующие отверстия (6) суммарной площадью от 0,4 до 0,5 площади S выходного сечения коллектора (2) с расположением рядов отверстий на расстоянии от 0,6-0,9 диаметра D коллектора (2) до L/3 длины диффузора (5) от его входного сечения, кольцевой раструб (7) над диффузором (5), поворотные секции (8) с поворотными лопатками (9), один возвратный канал (10), лопастный вентилятор (11), размещенный непосредственно за диффузором (5).Closest to the claimed invention according to the technical result and the technical solution of the problem and adopted as a prototype is a wind tunnel of the closed type T-103 TsAGI, [5]. The T-103 wind tunnel contains a pre-chamber (1), a collector (2), damping plates (3) at the outlet of the collector (2), an open working part (4), a diffuser (5), through damping holes (6) with a total area of 0 , 4 to 0.5 of the area S of the outlet cross section of the collector (2) with the arrangement of rows of holes at a distance from 0.6-0.9 of the diameter D of the collector (2) to L / 3 of the length of the diffuser (5) from its input section, an annular bell (7) above the diffuser (5), rotary sections (8) with rotary blades (9), one return duct (10), paddle fan (11) located directly continuously for diffuser (5).

Перечисленные признаки прототипа (труба Т-103) являются общими с заявленным устройством аэродинамической трубы.The listed features of the prototype (T-103 pipe) are common with the claimed device of the wind tunnel.

Недостатками известного устройства (аэродинамической трубы Т-103) являются:The disadvantages of the known device (wind tunnel T-103) are:

- интенсивные инфразвуковые пульсации потока при скоростях свыше 40 м/с;- intense infrasonic flow pulsations at speeds above 40 m / s;

- значительные вибрации аэродинамической трубы и зданий;- significant vibrations of the wind tunnel and buildings;

- отрицательное влияние инфразвуковой вибрации значительной амплитуды на обслуживающий персонал.- the negative effect of infrasonic vibration of significant amplitude on the staff.

Заявленное изобретение свободно от указанных недостатков.The claimed invention is free from these disadvantages.

Технический результат предлагаемого устройства состоит в снижении интенсивных инфразвуковых пульсаций потока при скоростях свыше 40 м/с, в устранении вибраций аэродинамических труб и зданий, в снижении отрицательного влияния инфразвуковой вибрации на обслуживающий персонал.The technical result of the proposed device is to reduce the intense infrasonic pulsations of the flow at speeds above 40 m / s, to eliminate the vibrations of wind tunnels and buildings, to reduce the negative impact of infrasonic vibration on staff.

Указанный технический результат достигается тем, что в аэродинамической трубе замкнутого типа с открытой рабочей частью в соответствии с заявленным изобретением:The specified technical result is achieved by the fact that in a wind tunnel of a closed type with an open working part in accordance with the claimed invention:

1. Диффузор (5) длиной L имеет дополнительные сквозные демпфирующие отверстия (12) суммарной площадью до 0,1 площади S выходного сечения коллектора (2) и продольным размером l, расположенные по отношению к имеющимся на расстоянии от

Figure 00000001
до
Figure 00000002
, а также отверстия (13) суммарной площадью до 0,15 площади S выходного сечения коллектора (2) и продольным размером l, расположенные с зазором Δ между лопастным вентилятором (11) и диффузором (5) и по отношению к имеющимся на расстоянии [L-(l/2+Δ)] от входного сечения диффузора.1. The diffuser (5) of length L has additional through-damping holes (12) with a total area of up to 0.1 of the area S of the outlet cross section of the collector (2) and a longitudinal size l, located in relation to those available at a distance from
Figure 00000001
before
Figure 00000002
and also openings (13) with a total area of up to 0.15 of the area S of the outlet cross section of the collector (2) and a longitudinal size l, located with a gap Δ between the blade fan (11) and the diffuser (5) and with respect to the available at a distance [L - (l / 2 + Δ)] from the input section of the diffuser.

2. Демпфирующие отверстия (6), (12) и (13) в диффузоре (5) выполнены зашитыми тонкой резиной с наружной поверхности диффузора (5);2. Damping holes (6), (12) and (13) in the diffuser (5) are made of thin rubber sewn from the outer surface of the diffuser (5);

3. Кольцевой раструб (7) над диффузором (5) выполнен с механизмом (14) продольного перемещения раструба (7) параллельно оси аэродинамической трубы.3. The annular bell (7) above the diffuser (5) is made with a mechanism (14) for the longitudinal movement of the bell (7) parallel to the axis of the wind tunnel.

Сущность заявленного изобретения поясняется Фиг. 1, на которой представлена схема устройства (контур) аэродинамической трубы замкнутого типа с открытой рабочей частью.The essence of the claimed invention is illustrated in FIG. 1, which shows a diagram of the device (circuit) of a wind tunnel of a closed type with an open working part.

Аэродинамическая труба замкнутого типа, как видно из представленной на Фиг. 1 схемы, содержит форкамеру (1), коллектор (2), демпфирующие пластины (3) на выходе коллектора (2), открытую рабочую часть (4), диффузор (5), сквозные демпфирующие отверстия (6) суммарной площадью от 0,4 до 0,5 площади S выходного сечения коллектора (2) с расположением рядов отверстий на расстоянии от 0,6-0,9 диаметра D коллектора (2) до L/3 длины диффузора (5) от его входного сечения, кольцевой раструб (7), поворотные секции (8) с поворотными лопатками (9), возвратный канал (10), лопастный вентилятор (11), размещенный непосредственно за диффузором (5). На Фиг. 1 показаны дополнительные сквозные демпфирующие отверстия (12) суммарной площадью до 0,1 площади S выходного сечения коллектора (2) и продольным размером l, расположенные по отношению к имеющимся на расстоянии от

Figure 00000003
до
Figure 00000004
, а также отверстия (13) суммарной площадью до 0,15 площади S выходного сечения коллектора (2) и продольным размером l, расположенные с зазором Δ между лопастным вентилятором (11) и диффузором (5) и по отношению к имеющимся на расстоянии [L-(l/2+Δ)] от входного сечения коллектора. Демпфирующие отверстия (6), (12) и (13) в диффузоре (5) выполнены зашитыми тонкой резиной с наружной поверхности диффузора (5). Кольцевой раструб (7) над диффузором (5) выполнен с механизмом (14) продольного перемещения раструба (7) параллельно оси аэродинамической трубы.The wind tunnel is of a closed type, as can be seen from the one shown in FIG. 1 of the circuit, contains a pre-chamber (1), a collector (2), damping plates (3) at the outlet of the collector (2), an open working part (4), a diffuser (5), through damping holes (6) with a total area of 0.4 up to 0.5 of the area S of the outlet cross section of the collector (2) with the arrangement of rows of holes at a distance of 0.6-0.9 of the diameter D of the collector (2) to L / 3 of the length of the diffuser (5) from its inlet section, an annular socket (7 ), rotary sections (8) with rotary blades (9), a return duct (10), a blade fan (11) located directly behind the diffuser (5). In FIG. 1 shows additional through damping holes (12) with a total area of up to 0.1 of the area S of the outlet cross section of the collector (2) and a longitudinal dimension l, located in relation to those available at a distance from
Figure 00000003
before
Figure 00000004
and also openings (13) with a total area of up to 0.15 of the area S of the outlet cross section of the collector (2) and a longitudinal size l, located with a gap Δ between the blade fan (11) and the diffuser (5) and with respect to the available at a distance [L - (l / 2 + Δ)] from the input section of the collector. The damping holes (6), (12) and (13) in the diffuser (5) are made of thin rubber sewn from the outer surface of the diffuser (5). An annular bell (7) above the diffuser (5) is made with a mechanism (14) for the longitudinal movement of the bell (7) parallel to the axis of the wind tunnel.

Работа предлагаемой аэродинамической трубы замкнутого типа с открытой рабочей частью осуществляется следующим образом. При включенном приводном электродвигателе десятилопастного вентилятора поток воздуха засасывается в диффузор аэродинамической трубы. Развиваемого вентилятором напора достаточно для преодоления сопротивления всего контура аэродинамической трубы. Поток воздуха в своем движении проходит диффузор, канал за вентилятором, четыре поворотные секции, возвратный канал и оказывается повернутым на 360°. Затем поток воздуха поступает в форкамеру и истекает через коллектор в открытую рабочую часть, и далее - засасывается в диффузор. Изменение скорости потока в открытой рабочей части достигается регулированием числа оборотов электродвигателя.The work of the proposed wind tunnel closed type with an open working part is as follows. When the drive motor of the ten-blade fan is turned on, the air flow is sucked into the diffuser of the wind tunnel. The pressure developed by the fan is enough to overcome the resistance of the entire contour of the wind tunnel. The air flow in its movement passes the diffuser, the channel after the fan, four rotary sections, the return channel and is turned 360 °. Then the air stream enters the prechamber and flows through the collector into the open working part, and then it is sucked into the diffuser. The change in the flow rate in the open working part is achieved by adjusting the speed of the electric motor.

При работе предлагаемой аэродинамической трубы замкнутого типа с открытой рабочей частью могут иметь место интенсивные пульсации потока инфразвукового диапазона. Эти пульсации устраняются перемещаемым кольцевым раструбом, демпфирующими пластинами на выходе коллектора и демпфирующими отверстиями в диффузоре, выполненными в соответствии с заявленным изобретением.When the proposed wind tunnel of the closed type with an open working part, intense pulsations of the infrasonic range flow can take place. These pulsations are eliminated by a movable annular bell, damping plates at the outlet of the collector and damping holes in the diffuser, made in accordance with the claimed invention.

Пример конкретной реализации дозвуковой аэродинамической трубы с низким уровнем пульсаций потока инфразвукового диапазона выполнен на базе дозвуковой промышленной аэродинамической трубы АТ-11 Санкт-Петербургского государственного университета. Контур аэродинамической трубы АТ-11 можно представить по Фиг. 2, где показаны практически основные геометрические размеры трубы.An example of a specific implementation of a subsonic wind tunnel with a low level of pulsations of the infrasonic range flow is based on the AT-11 subsonic industrial wind tunnel of St. Petersburg State University. The outline of the AT-11 wind tunnel can be represented in FIG. 2, which shows practically the main geometric dimensions of the pipe.

Технические параметры трубы АТ-11:Technical parameters of the AT-11 pipe:

Диаметр коллектора Collector diameter 2250 мм2250 mm Ширина (толщина) стенки коллектора на выходе The width (thickness) of the collector wall at the outlet 180 мм180 mm Длина рабочей части Working length ~4000 мм~ 4000 mm Диаметр диффузора Diffuser diameter 2450 мм2450 mm Диаметр кольцевого раструба The diameter of the annular socket 3500 мм3500 mm

Кольцевой раструб установлен на тележке, которая может перемещаться относительно входного сечения диффузора в продольном направлении навстречу коллектору от 0,1 до 0,29 диаметра D коллектора.An annular bell is mounted on a trolley that can move relative to the inlet section of the diffuser in the longitudinal direction towards the collector from 0.1 to 0.29 of the diameter D of the collector.

В аэродинамической трубе АТ-11, в соответствии с предполагаемым изобретением, практически отсутствовали необходимые демпфирующие устройства.In the wind tunnel AT-11, in accordance with the alleged invention, there were practically no necessary damping devices.

Постановка эксперимента. Модель аэродинамической трубы АТ-11 можно представить так, как это показано на Фиг. 3. Здесь модель аэродинамической трубы вытянута по продольной оси. Приведенная длина для нее дана с учетом длины открытой рабочей части.The setting of the experiment. The AT-11 wind tunnel model can be represented as shown in FIG. 3. Here the model of the wind tunnel is elongated along the longitudinal axis. The given length for it is given taking into account the length of the open working part.

В модели трубы АТ-11 можно выделить три составных резонатора:In the model of the AT-11 pipe, three composite resonators can be distinguished:

- труба AT-11 как полуволновой резонатор;- pipe AT-11 as a half-wave resonator;

- форкамера как резонатор Гельмгольца со вдувом потока со стороны дна;- a prechamber as a Helmholtz resonator with injection of flow from the bottom;

- диффузор со стороны входа в трубу до лопастного вентилятора как четвертьволновой резонатор.- a diffuser from the side of the pipe inlet to the blade fan as a quarter-wave resonator.

Частоты для полуволнового резонатора определяются из следующего соотношения:The frequencies for the half-wave resonator are determined from the following relation:

Figure 00000005
Figure 00000005

Где: m=1, 2, 3…; a - скорость звука; L - длина резонатора (L ~58250 мм).Where: m = 1, 2, 3 ...; a is the speed of sound; L is the cavity length (L ~ 58250 mm).

Частота для резонатора Гельмгольца:Frequency for Helmholtz resonator:

Figure 00000006
Figure 00000006

Где: S - площадь отверстия; L - длина отверстия; VO - объем резонатора.Where: S - hole area; L is the length of the hole; V O is the volume of the resonator.

В рассматриваемой геометрии проблематично считать форкамеру аэродинамической трубы резонатором Гельмгольца.In the geometry under consideration, it is problematic to consider the prechamber of the wind tunnel as a Helmholtz resonator.

Частоты для четвертьволнового резонатора:Frequencies for a quarter-wave resonator:

Figure 00000007
,
Figure 00000007
,

Где: m=0, 1, 2, 3, …; L - длина цилиндрического резонатора.Where: m = 0, 1, 2, 3, ...; L is the length of the cylindrical resonator.

Представляется, что ответственным за существование столь мощных пульсаций давления в аэродинамической трубе при ее работе является автоколебательный процесс, развивающийся в диффузоре, или в канале от входа в диффузор до лопастей вентилятора. Вращающиеся лопасти вентилятора можно рассматривать как перфорированное дно четвертьволнового резонатора. Существование этого процесса в некотором диапазоне скоростей потока с определенной частотой может привести, при совпадении с собственной частотой форкамеры, к резонансу в форкамере. Для существования автоколебательного процесса в диффузоре необходимо создать неоднородность в натекающем потоке. Здесь неоднородность в натекающем потоке создается вращающимися лопастями вентилятора.It seems that the self-oscillation process developing in the diffuser or in the channel from the entrance to the diffuser to the fan blades is responsible for the existence of such powerful pressure pulsations in the wind tunnel during its operation. Rotating fan blades can be considered as the perforated bottom of a quarter-wave resonator. The existence of this process in a certain range of flow velocities with a certain frequency can lead, with coincidence with the natural frequency of the prechamber, to resonance in the prechamber. For the existence of a self-oscillating process in the diffuser, it is necessary to create heterogeneity in the flowing stream. Here, the heterogeneity in the flowing stream is created by the rotating fan blades.

Определяемые параметры колебательного процесса в аэродинамической трубе: амплитуда и частота пульсаций давления. Эти параметры желательно измерять в диффузоре и в форкамере аэродинамической трубы. В этом случае можно определить, по крайней мере, при каких скоростях потока (числах Маха М потока) в открытой рабочей части "звучит" тот или иной резонатор.The determined parameters of the oscillatory process in the wind tunnel: the amplitude and frequency of pressure pulsations. It is desirable to measure these parameters in the diffuser and in the chamber of the wind tunnel. In this case, it is possible to determine at least at what flow rates (Mach numbers M of the flow) this or that resonator “sounds” in the open working part.

Определяющие параметры: параметры подобия процесса число Маха М, число Струхаля St, число Рейнольдса Re и геометрические параметры аэродинамической трубы на входе в диффузор. Таким образом, в экспериментальном исследовании пульсаций потока в аэродинамической трубе можно варьировать скоростью потока и неочевидными дополнительными конструктивными устройствами в диффузоре, влияющими на определяемые параметры.Defining parameters: process similarity parameters Mach number M, Strouhal number St, Reynolds number Re and geometrical parameters of the wind tunnel at the inlet to the diffuser. Thus, in an experimental study of flow pulsations in a wind tunnel, one can vary the flow velocity and non-obvious additional structural devices in the diffuser, affecting the parameters being determined.

Отсюда формулируется и цель экспериментальных исследований:From here the goal of experimental research is formulated:

- определить основной резонатор в аэродинамической трубе;- determine the main resonator in the wind tunnel;

- определиться с конструктивными устройствами, снижающими или устраняющими пульсации давления инфразвукового диапазона в аэродинамической трубе.- determine the design devices that reduce or eliminate pressure pulsations of the infrasonic range in the wind tunnel.

На Фиг. 4 показана схема расположения используемых для регистрации пульсаций давления в аэродинамической трубе АТ-11 дифференциальных малогабаритных индуктивных датчиков давления ДМИ 0,1. Датчики установлены в следующих точках: Д1 - на стенке форкамеры; Д2 - на стенке диффузора; Д3 - на оси потока (на оси потока размещена трубка Пито, и уже с трубки Пито силиконовыми шлангами полное давление передается на датчик Д3); Д4 - в ближнем поле потока. Два первых датчика регистрируют пульсирующее давление в потоке вблизи стенок канала аэродинамической трубы.In FIG. Figure 4 shows the arrangement of the differential small-sized inductive pressure sensors DMI 0.1 used to register pressure pulsations in the wind tunnel AT-11. The sensors are installed at the following points: D1 - on the wall of the prechamber; D2 - on the wall of the diffuser; D3 - on the flow axis (the pitot tube is placed on the flow axis, and already from the pitot tube the full pressure is transferred to the D3 sensor with silicone hoses); D4 - in the near field of the flow. The first two sensors record the pulsating pressure in the stream near the walls of the channel of the wind tunnel.

Блок-схема системы измерения пульсаций давления показана на Фиг. 5. Датчики давления подключены к индуктивным высокочастотным преобразователям ИВП-2. Выходы измерительных каналов ИВП-2 соединеныA block diagram of a pressure pulsation measurement system is shown in FIG. 5. Pressure sensors are connected to inductive high-frequency converters IVP-2. The outputs of the measuring channels IVP-2 are connected

- с измерительно-вычислительным комплексом PULSE посредством системы сбора информации LAN-XI (аппаратура Брюлль и Къер) и- with the PULSE measuring and computing complex through the LAN-XI data acquisition system (Bruhl and Kjерr equipment) and

- с цифровым осциллографом (4-х лучевой осциллограф LECROY WaveSurfer 24Xs-A).- with a digital oscilloscope (4-beam oscilloscope LECROY WaveSurfer 24Xs-A).

Цифровой осциллограф позволяет производить регистрацию временных реализаций сигналов датчиков по открытому или закрытому входам Y-усилителей, а также работать в режиме регистрации X-Y сигналов. В режиме регистрации X-Y сигналов можно получить отклики сигналов на пульсации давления в точках установки датчиков в функции скоростного напора, регистрируемого датчиком Д3.A digital oscilloscope allows recording temporary implementations of sensor signals at the open or closed inputs of Y-amplifiers, as well as working in the registration mode of X-Y signals. In the X-Y signal registration mode, it is possible to obtain signal responses to pressure pulsations at the points of installation of the sensors as a function of the pressure head recorded by the D3 sensor.

В трубке Пито и в соединительном шланге от трубки до датчика Д3 наблюдаются пульсации давления, вызванные вибрацией трубки Пито в потоке и пульсациями самого потока. Для удовлетворительного демпфирования пульсаций следует достаточно жестко закрепить трубку Пито к конструкции аэродинамической трубы и выполнить длинным соединительный шланг от трубки Пито до датчика Д3.Pressure pulsations are observed in the pitot tube and in the connecting hose from the tube to the D3 sensor, caused by the vibration of the pitot tube in the flow and the pulsations of the flow itself. For satisfactory damping of pulsations, it is enough to firmly fix the Pitot tube to the design of the wind tunnel and make a long connecting hose from the Pitot tube to the D3 sensor.

Дополнительные сложности при регистрации пульсаций давления датчиками ДМИ 0,1 проявляются в том, что мембрана чувствительного дифференциального датчика ДМИ 0,1 в экспериментальном исследовании пульсаций потока в аэродинамической трубе может быть подвержена с двух сторон соразмерным давлением. Для повышения точности измерения рабочего давления и устранения фазочастотных искажений сигнала датчика с нерабочей стороны к штуцеру-приемнику датчика следует присоединить силиконовый шланг длиной до 100 мм, заглушить и экранировать его.Additional difficulties in registering pressure pulsations with DMI 0.1 sensors are manifested in the fact that the membrane of a sensitive differential DMI 0.1 sensor in an experimental study of flow pulsations in a wind tunnel can be subjected to proportional pressure on both sides. To increase the accuracy of measuring the working pressure and eliminate phase-frequency distortions of the sensor signal from the non-working side, connect a silicone hose up to 100 mm long to the nozzle-receiver of the sensor, plug it and shield it.

Сложности возникают и с динамической тарировкой индуктивных датчиков ДМИ 0,1. Здесь можно воспользоваться результатами статической тарировки датчиков на пневмогидравлическом прессе, см. [6], и провести динамическую тарировку датчиков с помощью пистонфона модели 4228 фирмы Брюль и Къер. Пистонфон модели 4228 является точным эталоном опорного источника звука для калибровки звукоизмерительной аппаратуры в лабораторных и полевых условиях (уровень звукового давления опорного сигнала - 124 дБ, частота опорного сигнала - 250 Гц).Difficulties arise with the dynamic calibration of inductive sensors DMI 0.1. Here you can use the results of static calibration of sensors on a pneumohydraulic press, see [6], and perform dynamic calibration of sensors using a model 4228 pistonphone from Bruhl and Kjерr. The 4228 Pistonphone is an accurate reference reference source for calibrating sound measurement equipment in laboratory and field conditions (the sound pressure level of the reference signal is 124 dB, the frequency of the reference signal is 250 Hz).

Определенная по СКЗ и введенная в программы измерительно-вычислительного комплекса Брюль и Къер чувствительность, как параметр датчика, приводит при обработке опорного сигнала к уровню давления в 124 дБ. Сравнение значений чувствительности датчиков, определенных по СКЗ и по результатам статической тарировки датчиков, показывает, что чувствительность при статической тарировке в

Figure 00000008
раза выше чувствительности по СКЗ. Таким образом, при отсутствии эталонных генератора давления и преобразователя давления появляется реальная возможность измерить амплитуды пульсаций давления в канале аэродинамической трубы.The sensitivity determined by the RMS and introduced into the programs of the Bruhl and Kjерr measuring and computing complex, as a parameter of the sensor, leads to a pressure level of 124 dB when processing the reference signal. A comparison of the sensitivity values of the sensors determined by the RMS and the results of the static calibration of the sensors shows that the sensitivity during static calibration in
Figure 00000008
times higher sensitivity for VHF. Thus, in the absence of a reference pressure generator and pressure transducer, there is a real opportunity to measure the amplitude of the pressure pulsations in the channel of the wind tunnel.

При измерении пульсаций давления в аэродинамической трубе АТ-11 необходима проверка правильности установки датчиков. Проверка заключается в том, что не оказались ли точки размещения датчиков в диффузоре и в форкамере в узле или в пучности акустической волны в закрытом канале аэродинамической трубы.When measuring pressure pulsations in the AT-11 wind tunnel, it is necessary to verify the correct installation of the sensors. The check consists in the fact that there were no points where the sensors were placed in the diffuser and in the prechamber in the node or in the antinode of the acoustic wave in the closed channel of the wind tunnel.

Проверка правильности точек размещения датчиков в диффузоре и в форкамере иллюстрируется следующим чертежом, см. Фиг. 6.The verification of the correct placement of the sensors in the diffuser and in the prechamber is illustrated by the following drawing, see Fig. 6.

На Фиг. 6 ось X - скоростной напор в потоке на выходе коллектора. Ось Y - динамические пульсации статического давления в точках установки датчиков. Как видно из представленных осциллограмм, в диффузоре (датчик Д2) и в форкамере (датчик Д1), начиная с малых скоростей потока на выходе коллектора, в закрытом канале аэродинамической трубы развивается колебательный процесс. О каких либо характерных точках или зонах (режимах) в колебательном процессе по этим результатам говорить не приходится. Процесс живет во всем диапазоне скоростей потока.In FIG. 6 axis X - velocity head in the stream at the outlet of the collector. Y axis - dynamic pulsations of static pressure at the points of installation of the sensors. As can be seen from the presented oscillograms, an oscillatory process develops in the diffuser (sensor D2) and in the prechamber (sensor D1), starting from low flow rates at the outlet of the collector, in the closed channel of the wind tunnel. It is not necessary to speak about any characteristic points or zones (modes) in the oscillatory process according to these results. The process lives in the entire range of flow rates.

В ближнем поле струйного потока (датчик Д3) вне открытой рабочей части аэродинамической трубы отсутствуют интенсивные пульсации давления.In the near field of the jet stream (sensor D3) outside the open working part of the wind tunnel there are no intense pressure pulsations.

В диапазоне скоростей свыше 42 м/с (скоростной напор до 940 Па) при проведении экспериментальных исследований обнаружен небезопасный эксплуатационный режим, проявляющийся в значительной вибрации здания и конструкции аэродинамической трубы.In the range of speeds over 42 m / s (high-pressure head up to 940 Pa) during experimental research, an unsafe operating mode was revealed, which manifests itself in significant vibration of the building and the construction of the wind tunnel.

1. Демпфирование пульсаций кольцевым раструбом. На аэродинамической трубе Т-103 ЦАГИ (прототип) кольцевой раструб закреплен неподвижно по отношению к диффузору. Расстояние от коллектора до кольцевого раструба составляет 4000 мм при длине рабочей части 4740 мм. Следовательно, вылет раструба l по отношению к диффузору равен 740 мм или, при одном из размеров эллипсовидного коллектора 2350 мм,

Figure 00000009
- 0.315. В работе [5] дана только качественная оценка влияния раструба на пульсации потока в аэродинамической трубе: раструб сужает области существования пульсационных режимов в аэродинамической трубе по скорости потока.1. Damping of pulsations by a circular bell. On the wind tunnel T-103 TsAGI (prototype) the annular bell is fixed motionless with respect to the diffuser. The distance from the collector to the annular socket is 4000 mm with a working part length of 4740 mm. Consequently, the extension of the bell l with respect to the diffuser is equal to 740 mm or, with one of the dimensions of the ellipsoidal collector 2350 mm,
Figure 00000009
- 0.315. In [5], only a qualitative assessment of the effect of the bell on the flow pulsations in the wind tunnel was given: the bell narrows the regions of existence of the pulsation regimes in the wind tunnel by the flow velocity.

На аэродинамической трубе АТ-11 кольцевой раструб установлен на тележке, и его можно перемещать навстречу коллектору на расстояние

Figure 00000010
- от 0,1 до 0,3. Влияние положения раструба на пульсации потока в трубе АТ-11 показано на приведенных осциллограммах пульсаций давления в форкамере и диффузоре в функции скоростного напора потока на выходе коллектора, см. Фиг. 7.On the AT-11 wind tunnel, the annular bell is mounted on the trolley, and it can be moved towards the collector at a distance
Figure 00000010
- from 0.1 to 0.3. The influence of the position of the socket on the flow pulsations in the AT-11 pipe is shown in the given oscillograms of pressure pulsations in the prechamber and diffuser as a function of the flow velocity head at the collector outlet, see FIG. 7.

Влияние положения кольцевого раструба - налицо. Если существует возможность продвинуть в существующих аэродинамических трубах кольцевой раструб навстречу коллектору, то это необходимо осуществлять.The influence of the position of the annular bell is obvious. If it is possible to advance the annular bell in the existing wind tunnels towards the collector, then this must be done.

2. Сквозные демпфирующие отверстия в диффузоре суммарной площадью от 0,4 до 0,5 площади S выходного сечения коллектора с расположением рядов отверстий на расстоянии от (0,6-0,9) диаметра D коллектора (2) до L/3 длины диффузора (5) от его входного сечения.2. Through damping holes in the diffuser with a total area from 0.4 to 0.5 of the area S of the outlet cross section of the collector with the arrangement of rows of holes at a distance from (0.6-0.9) of the diameter D of the collector (2) to L / 3 of the length of the diffuser (5) from its inlet section.

В аэродинамической трубе Т-103 ЦАГИ, см. работу [5], выполнено два ряда демпфирующих отверстий с площадью 0,44 S на расстоянии (0,57-0,78) D от входного сечения диффузора и один ряд таких же отверстий, зашитых брезентом, площадью 0,22 S на расстоянии (0,87-0,93) D. D - диаметр выходного сечения коллектора; S - площадь выходного сечения коллектора. Два ряда перечисленных отверстий выполнены в пределах 1/3 длины диффузора.In the wind tunnel T-103 TsAGI, see [5], two rows of damping holes with an area of 0.44 S at a distance of (0.57-0.78) D from the inlet section of the diffuser and one row of the same holes are sewn tarpaulin, an area of 0.22 S at a distance of (0.87-0.93) D. D - diameter of the outlet cross section of the collector; S is the area of the outlet section of the collector. Two rows of these holes are made within 1/3 of the length of the diffuser.

В диффузоре аэродинамической трубы АТ-11 выполнен в поперечном сечении диффузора один ряд из десяти демпфирующих прямоугольных отверстий 700×300 мм на расстоянии в пределах 1/3 длины диффузора L, с зашивкой прямоугольных отверстий тонкой вакуумной резиной.In the AT-11 wind tunnel diffuser, one row of ten damping rectangular holes of 700 × 300 mm is made in the cross section of the diffuser at a distance of 1/3 of the diffuser length L, with rectangular vacuum sewing up with thin rubber rubber.

На Фиг. 8 приведены фотографии с видом на демпфирующие отверстия в диффузоре со стороны рабочей части и с наружной стороны аэродинамической трубы. Видны десять отверстий в стенках диффузора, с зашивкой прямоугольных отверстий тонкой вакуумной резиной снаружи диффузора и изнутри - с зашивкой металлической сеткой.In FIG. Figure 8 shows photographs with views of the damping holes in the diffuser from the side of the working part and from the outside of the wind tunnel. Ten holes are visible in the walls of the diffuser, with rectangular holes sewn in with thin vacuum rubber outside the diffuser and inside with metal mesh sewing.

Оценка влияния отверстий в диффузоре на пульсации давления проводилась по результатам спектрального анализа сигналов датчиков Д1 и Д2, установленных в форкамере и в диффузоре аэродинамической трубы. Измерения проводились пошагово, с изменение скорости вращения вала вентилятора.The influence of the holes in the diffuser on the pressure pulsations was estimated based on the results of spectral analysis of the signals of sensors D1 and D2 installed in the chamber and in the diffuser of the wind tunnel. The measurements were carried out step by step, with a change in the speed of rotation of the fan shaft.

На Фиг. 9 приведены результаты измерений амплитуд и частот пульсаций давления в форкамере и в диффузоре аэродинамической трубы АТ-11 (Фиг. 9: а - пульсации давления в форкамере; б - пульсации давления в диффузоре; с - частоты пульсаций давления).In FIG. Figure 9 shows the results of measurements of the amplitudes and frequencies of pressure pulsations in the prechamber and in the diffuser of the AT-11 wind tunnel (Fig. 9: a - pressure pulsations in the prechamber; b - pressure pulsations in the diffuser; c - pressure pulsation frequencies).

Результаты измерений пульсаций давления, при данном ряде демпфирующих отверстий, показаны на Фиг. 9 до границы вращения вала вентилятора n=420 об/мин. Выше этой границы становилась небезопасной эксплуатация аэродинамической трубы АТ-11 вследствие развивающихся интенсивных вибраций трубы и здания.The results of pressure pulsation measurements for a given series of damping holes are shown in FIG. 9 to the boundary of the rotation of the fan shaft n = 420 rpm Above this boundary, the operation of the AT-11 wind tunnel became unsafe due to the developing intense vibration of the pipe and the building.

Верхние кривые, обозначенные символом "б/о", - пульсации давления в отсутствие отверстий в диффузоре и при крайнем положении кольцевого раструба с вылетом в 230 мм по отношению к срезу диффузора. В этом варианте отмечаются пульсации потока во всем диапазоне изменения скорости вращения вала вентилятора от 60 до 420 об/мин, или по числу Маха М потока от 0,012 до 0,112.The upper curves, marked with the symbol "b / o", are pressure pulsations in the absence of holes in the diffuser and at the extreme position of the annular socket with a reach of 230 mm with respect to the slice of the diffuser. In this embodiment, flow pulsations are noted in the entire range of changes in the fan shaft rotation speed from 60 to 420 rpm, or in the Mach number M of the flow from 0.012 to 0.112.

Частоты пульсаций давления в форкамере и в диффузоре совпадают и растут с увеличением скорости вращения вала вентилятора. На Фиг. 9 построена линия для частоты вращения вала вентилятора. Вентилятор - десятилопастный. Частота вращения лопастей расположена значительно выше наблюдаемых частот пульсаций давления в форкамере и в диффузоре аэродинамической трубы.The pressure pulsation frequencies in the prechamber and in the diffuser coincide and grow with increasing fan shaft speed. In FIG. 9, a line is constructed for the rotational speed of the fan shaft. The fan is ten-bladed. The rotational speed of the blades is significantly higher than the observed frequency of pressure pulsations in the chamber and in the diffuser of the wind tunnel.

Исполнение данного ряда демпфирующих отверстий как в варианте открытых отверстий (см. кривую с символом "5 отв".), так и в вариантах зашитых резиной отверстий (кривые линии с символом "5 отв.р" и "10 отв.р") приводит к снижению амплитуд пульсаций давления в форкамере и в диффузоре и имеет следствием безопасную эксплуатацию аэродинамической трубы до скорости вращения вала вентилятора n=420 об/мин (до числа Маха потока М=0,112).The execution of this series of damping holes both in the version of open holes (see the curve with the symbol "5 holes".), And in the variants sewn with rubber holes (curved lines with the symbol "5 holes." And "10 holes.") Leads to a decrease in the amplitude of pressure pulsations in the prechamber and in the diffuser, which results in the safe operation of the wind tunnel up to a fan shaft speed of n = 420 rpm (to the Mach number of the flow M = 0.112).

Отметим, что в экспериментах с отверстиями кольцевой раструб уже максимально выдвинут навстречу коллектору аэродинамической трубы.Note that in experiments with holes, the annular bell is already maximally extended towards the wind tunnel collector.

Вылет его по отношению к входу диффузора составляет 600 мм. Отверстия в диффузоре имеют положительным моментом и то, что в диапазоне скорости потока от М=0,1 до М=0,112 (n от 330 об/мин до 420 об/мин) пульсационный процесс исчезает. Дискретная частота процесса разваливается по полосе частот.Its departure with respect to the inlet of the diffuser is 600 mm. The holes in the diffuser have a positive moment and the fact that in the range of flow rates from M = 0.1 to M = 0.112 (n from 330 rpm to 420 rpm) the pulsation process disappears. The discrete process frequency falls apart in a frequency band.

Исполнение данного ряда демпфирующих отверстий в диффузоре не позволило при работе трубы выйти за границу скорости вращения вала вентилятора в 420 об/мин, (М=0,112).The execution of this series of damping holes in the diffuser did not allow the pipe to go beyond the fan rotation speed of 420 rpm, (M = 0.112).

3. Ряд демпфирующих отверстий суммарной площадью до 0,15 S площади выходного сечения коллектора и продольным размером l, расположенные с зазором Δ между лопастным вентилятором и диффузором и по отношению к имеющимся на расстоянии [L-(l/2+Δ)] от входного сечения диффузора.3. A series of damping holes with a total area of up to 0.15 S of the outlet cross-sectional area of the collector and a longitudinal dimension l, located with a gap Δ between the blade fan and the diffuser and with respect to those available at a distance of [L- (l / 2 + Δ)] from the input cross-section of the diffuser.

Предположительно, колебательный процесс в аэродинамической трубе определяется процессом в диффузоре. Тогда можно воздействовать на амплитуду пульсаций давления размещением дополнительных отверстий в стенках диффузора вблизи лопастей вентилятора, т.е. выполнить перфорированными стенки четвертьволнового резонатора вблизи его дна с некоторым зазором Δ.Presumably, the oscillatory process in the wind tunnel is determined by the process in the diffuser. Then it is possible to influence the amplitude of pressure pulsations by placing additional holes in the walls of the diffuser near the fan blades, i.e. to perforate the walls of the quarter-wave resonator near its bottom with a certain gap Δ.

Реализация такого решения в аэродинамической трубе АТ-11 способствовала снижению амплитуд пульсаций давления в диапазоне по скорости вращения вала вентилятора за границей в 420 об/мин (М>0,112).The implementation of such a solution in the AT-11 wind tunnel contributed to a decrease in the pressure pulsation amplitudes in the range of the fan shaft rotation speed abroad of 420 rpm (M> 0.112).

Исполнение отверстий иллюстрируется приведенной фотографией на Фиг. 10. Здесь, видны выполненные ранее в стенках диффузора прямоугольные отверстия 1-го ряда, зашитые изнутри диффузора металлическими сетками и, с внешней стороны, вакуумной резиной. Далее, за обтекателем вентилятора перед его лопастями, видны демпфирующие круглые отверстия 2-го ряда. Для круглых отверстий размер l - диаметр отверстий.The holes are illustrated in the photograph in FIG. 10. Here, one can see rectangular holes of the first row made earlier in the walls of the diffuser, sewn from the inside of the diffuser with metal nets and, on the outside, with vacuum rubber. Further, behind the fan cowl in front of its blades, damping round holes of the 2nd row are visible. For round holes, size l is the diameter of the holes.

Круглые отверстия диаметром 200 мм выполнялись пошагово: 2 отв.; 5 отв.; 8 отв.; 12 отв.; 18 отв. Круглые отверстия шли, при проведении экспериментов, в комбинации с прямоугольными отверстиями.Round holes with a diameter of 200 mm were performed step by step: 2 holes; 5 holes; 8 holes; 12 holes; 18 holes Round holes went, during the experiments, in combination with rectangular holes.

На Фиг. 9 приведены лишь результаты с некоторыми комбинациями отверстий. На приведенных кривых с обозначенными символами "5+2", "5+5" и т.п. первое число означает количество прямоугольных отверстий, второе число - количество круглых отверстий. В обозначениях "+18" опущено первое число 10.In FIG. Figure 9 shows only the results with some hole combinations. On the given curves with designated symbols "5 + 2", "5 + 5", etc. the first number is the number of rectangular holes, the second number is the number of round holes. The notation "+18" omits the first number 10.

Эксперимент с выполнением пошагово отверстий 2-го ряда приводил к пошаговому успеху в продвижении в зону экстремально высоких пульсаций давления в диффузоре и в форкамере аэродинамической трубы. Как видно из приведенных экспериментальных результатов на Фиг. 9, уже комбинация из 5 прямоугольных и 5 круглых отверстий привела к существенному снижению амплитуд пульсаций давления в форкамере аэродинамической трубы. Здесь же, на Фиг. 9, показан лучший результат (черная линия с символом [5]) по снижению пульсаций давления в трубе Т-103 ЦАГИ. Заметим, что в работе [5] пульсации давлений измерялись в середине слоя смешения свободной струи.The experiment with making step-by-step openings of the second row led to step-by-step success in advancing extremely high pressure pulsations in the diffuser and in the wind chamber prechamber into the zone. As can be seen from the experimental results in FIG. 9, a combination of 5 rectangular and 5 round holes already led to a significant decrease in the amplitude of pressure pulsations in the chamber of the wind tunnel. Here, in FIG. 9, the best result is shown (black line with the symbol [5]) for reducing pressure pulsations in the TsAGI T-103 pipe. Note that in [5], pressure pulsations were measured in the middle of the mixing layer of a free jet.

Последующие варианты с комбинациями прямоугольных и круглых отверстий имели более лучшие результаты по снижению пульсаций давлений в форкамере аэродинамической трубы.Subsequent variants with combinations of rectangular and round holes had better results in reducing pressure pulsations in the wind chamber prechamber.

Вместе с тем, амплитуды пульсаций давления в диффузоре трубы сохранялись достаточно высокими. Только вариант с 10 прямоугольными и 18 круглыми отверстиями позволил снизить амплитуды пульсаций давления в диффузоре до ~60 Па, при малых значениях амплитуд пульсаций давления (~20 Па или 120 дБ) в форкамере аэродинамической трубы. Суммарно проходная площадь круглых отверстий составила величину ~14% от площади S коллектора.At the same time, the amplitudes of pressure pulsations in the pipe diffuser remained fairly high. Only the option with 10 rectangular and 18 round holes allowed to reduce the amplitude of pressure pulsations in the diffuser to ~ 60 Pa, with small values of the amplitudes of pressure pulsations (~ 20 Pa or 120 dB) in the chamber of the wind tunnel. The total passage area of the round holes was ~ 14% of the collector area S.

Таким образом, можно прийти к следующим выводам:Thus, we can come to the following conclusions:

- исполнение дополнительных демпфирующих отверстий суммарной площадью до 0,15 S площади выходного сечения коллектора и продольным размером l, расположенных с зазором Δ между лопастным вентилятором и диффузором и по отношению к имеющимся на расстоянии [L-(l/2+Δ)] от входного сечения диффузора, способствует снижению инфразвуковых пульсаций потока в некотором диапазоне скоростей потока свыше 40 м/с;- execution of additional damping holes with a total area of up to 0.15 S of the outlet cross-sectional area of the collector and a longitudinal dimension l located with a gap Δ between the blade fan and the diffuser and with respect to those available at a distance of [L- (l / 2 + Δ)] from the input cross-section of the diffuser, helps to reduce infrasonic pulsations of the flow in a certain range of flow velocities over 40 m / s;

- зашивка сквозных отверстий в стенках диффузора тонкой резиной не нарушает функции отверстий как демпфирующих и устраняет массообмен между потоком воздуха внутри тракта аэродинамической трубы и наружным воздухом окружающей атмосферы.- sewing through holes in the walls of the diffuser with thin rubber does not violate the function of the holes as damping and eliminates mass transfer between the air flow inside the wind tunnel path and the outside air of the surrounding atmosphere.

На Фиг. 9 с) приведен график зависимости частоты пульсаций давления в диффузоре и в форкамере в диапазоне по скорости вращения свыше 420 об/мин. При различных комбинациях отверстий график практически прямолинейный. Частота пульсаций растет пропорционально скорости потока.In FIG. 9 c) a graph of the dependence of the frequency of pressure pulsations in the diffuser and in the prechamber in the range of rotational speeds in excess of 420 rpm is shown. With various combinations of holes, the graph is almost straightforward. The ripple frequency increases in proportion to the flow rate.

Можно приблизительно оценить частоты пульсаций в диффузоре как в четвертьволновом резонаторе для скорости звука 330 м/с и для приведенной длины диффузора, с учетом длины рабочей части:We can approximately estimate the pulsation frequencies in the diffuser as in a quarter-wave resonator for the speed of sound 330 m / s and for the reduced length of the diffuser, taking into account the length of the working part:

Figure 00000011
.
Figure 00000011
.

L=lпр~8,4+4=12,4 м; k~0,7-0,8;L = l ol ~ 8.4 + 4 = 12.4 m; k ~ 0.7-0.8;

Figure 00000012
;
Figure 00000013
.
Figure 00000012
;
Figure 00000013
.

На Фиг. 11 показан в безразмерных координатах (число Маха М потока - безразмерная частота

Figure 00000014
) график изменения частоты пульсаций в аэродинамической трубе АТ-11. Приведенный результат свидетельствует о существовании колебательного процесса в полости аэродинамической трубы на дискретных частотах вблизи первой, при малых скоростях потока, и третьей, при больших скоростях потока, акустических частот диффузора.In FIG. 11 is shown in dimensionless coordinates (Mach number M of the flow is the dimensionless frequency
Figure 00000014
) a graph of changes in the frequency of pulsations in the wind tunnel AT-11. The above result indicates the existence of an oscillatory process in the cavity of the wind tunnel at discrete frequencies near the first, at low flow rates, and the third, at high flow rates, acoustic frequencies of the diffuser.

Здесь можно обратиться к результатам экспериментального исследования продольных мод в четвертьволновом резонаторе работы [7], в которой для этих мод (нечетных продольных мод) построены модели течения. Предположение о том, что в диффузоре аэродинамической трубы при ее работе реализуются нечетные продольные моды колебаний, позволяет правильно подойти и к демпфированию пульсаций потока в дозвуковой аэродинамической трубе с открытой рабочей частью.Here we can turn to the results of an experimental study of longitudinal modes in a quarter-wave resonator in [7], in which flow models are constructed for these modes (odd longitudinal modes). The assumption that in the diffuser of the wind tunnel an odd longitudinal oscillation mode is realized during its operation allows one to correctly approach the damping of flow pulsations in a subsonic wind tunnel with an open working part.

Высшие продольные (третья, пятая и т.д.) моды в четвертьволновом резонаторе, см. работу [7], критичны к изменению определяющих геометрических и режимных параметров взаимодействия газовых струй с трубными полостями. Изменения определяющих параметров можно получить, например, конструктивными элементами в выходном сечении коллектора, такими как демпфирующие пластины.Higher longitudinal (third, fifth, etc.) modes in a quarter-wave cavity, see [7], are critical to a change in the determining geometric and regime parameters of the interaction of gas jets with tube cavities. Changes in the determining parameters can be obtained, for example, by structural elements in the output section of the collector, such as damping plates.

4. Демпфирующие пластины на выходе коллектора. Техническое решение по установке демпфирующих пластин иллюстрируется приведенной фотографией на Фиг. 12. На Фиг. 12 видны тонкие клинья (20 шт.), установленные равномерно по периметру коллектора. Клинья выполнены из фанеры толщиной 14 мм с основанием 100 мм и высотой клина 150 мм.4. Damping plates at the outlet of the collector. The technical solution for installing damping plates is illustrated by the photograph in FIG. 12. In FIG. 12 thin wedges (20 pcs.) Are installed, installed evenly around the perimeter of the collector. The wedges are made of plywood with a thickness of 14 mm with a base of 100 mm and a wedge height of 150 mm.

Экспериментальные результаты по влиянию демпфирующих пластин на амплитуды пульсаций давления в диффузоре и в форкамере аэродинамической трубы показаны на Фиг. 9 (кривая с символом "+18+клин.", прямоугольных отверстий в диффузоре - 10 штук). Демпфирующие пластины во всем исследованном диапазоне по скорости вращения вала вентилятора способствовали:The experimental results on the influence of damping plates on the amplitudes of pressure pulsations in the diffuser and in the chamber of the wind tunnel are shown in FIG. 9 (curve with the symbol "+ 18 + wedges.", 10 rectangular holes in the diffuser). Damping plates in the entire investigated range of the fan shaft rotation speed contributed to:

- снижению амплитуд пульсаций давления в форкамере до вполне приемлемых величин (~16 Па);- reduction of amplitudes of pressure pulsations in the prechamber to quite acceptable values (~ 16 Pa);

- "развалу" дискретной частоты пульсаций в форкамере на составляющие;- “collapse” of the discrete pulsation frequency in the prechamber into components;

- снижению амплитуд пульсаций давления в диффузоре до величин, допускающих безопасную эксплуатацию аэродинамической трубы АТ-11.- reducing the amplitude of the pressure pulsations in the diffuser to values that allow the safe operation of the AT-11 wind tunnel.

Вместе с тем, амплитуды пульсаций давления в диффузоре аэродинамической трубы составляют все еще значительную величину.At the same time, the amplitudes of the pressure pulsations in the wind tunnel diffuser are still significant.

Здесь можно обратиться к моделям течения (волновым диаграммам) продольных мод при взаимодействии газовых струй с четвертьволновым резонатором, см. работу [7]. Характерные расстояния -

Figure 00000015
от входного сечения,
Figure 00000016
от входного сечения диффузора и глубина диффузора L - могут быть расстояниями, характерными расстояниям узловых точек волновой диаграммы третьей продольной моды, если проходит аналогия процессов в диффузоре и четвертьволновом резонаторе.Here one can turn to flow models (wave diagrams) of longitudinal modes in the interaction of gas jets with a quarter-wave resonator, see [7]. Characteristic distances -
Figure 00000015
from the inlet section
Figure 00000016
from the inlet section of the diffuser and the depth of the diffuser L - can be distances characteristic of the distances of the nodal points of the wave diagram of the third longitudinal mode, if the analogy of the processes in the diffuser and the quarter-wave resonator passes.

Следовательно, можно выполнить ряд протяженных параллельно оси аэродинамической трубы демпфирующих отверстий в сечении на длине

Figure 00000017
от входного сечения диффузора, с зашивкой отверстий снаружи тонкой резиной.Therefore, it is possible to perform a series of damping holes extended in parallel along the axis of the wind tunnel in a section along the length
Figure 00000017
from the inlet section of the diffuser, with the sewing holes outside with thin rubber.

5. Демпфирующие отверстия продольным размером l и суммарной площадью до 0,1 площади S выходного сечения коллектора, расположенные по отношению к имеющимся на расстоянии от

Figure 00000018
до
Figure 00000019
от входного сечения диффузора.5. Damping holes with a longitudinal dimension l and a total area of up to 0.1 square S of the outlet cross section of the collector, located in relation to the available at a distance from
Figure 00000018
before
Figure 00000019
from the inlet section of the diffuser.

Техническое решение по исполнению данного ряда демпфирующих отверстий не представляет затруднений. Результаты экспериментального исследования иллюстрируются приведенными на Фиг. 13 спектрограммами амплитуд пульсаций давления в форкамере и в диффузоре аэродинамической трубы АТ-11. На спектрограммах: ось X - ось частот, ось Y - среднеквадратические значения амплитуд пульсаций давления, ось Z - пошаговые в функции оборотов вала вентилятора АТ-11 спектральные оценки. Достаточно выполнить отверстия с суммарной площадью до 0,1 площади S выходного сечения сопла, чтобы уменьшить амплитуды пульсаций давления до приемлемых величин.The technical solution for the execution of this series of damping holes is not difficult. The results of the experimental study are illustrated in FIG. 13 spectrograms of amplitudes of pressure pulsations in the chamber and in the diffuser of the AT-11 wind tunnel. In the spectrograms: the X axis is the frequency axis, the Y axis is the rms values of the pressure pulsation amplitudes, the Z axis is the step-by-step spectral estimates as functions of the AT-11 fan shaft speed. It is enough to make holes with a total area of up to 0.1 area S of the nozzle exit section in order to reduce the pressure pulsation amplitudes to acceptable values.

Таким образом, исполнение конструктивных элементов в аэродинамической трубе АТ-11 в соответствии с предполагаемым изобретением способствует существенному снижению пульсаций потока в инфразвуковом диапазоне, устранению вибраций трубы и здания, устранению вредного воздействия на здоровье обслуживающего персонала.Thus, the implementation of structural elements in the wind tunnel AT-11 in accordance with the alleged invention contributes to a significant reduction in flow pulsations in the infrasonic range, eliminating vibration of the pipe and building, eliminating the harmful effects on the health of staff.

Источники информацииInformation sources

1. Wind tunnels of eastern hemisphere / a report prepared by the federal research division, library of congress, for the aeronautics research mission directorate, national aeronautics and space administration. 2008. - 245 p.1. Wind tunnels of eastern hemisphere / a report prepared by the federal research division, library of congress, for the aeronautics research mission directorate, national aeronautics and space administration. 2008 .-- 245 p.

2. Wind tunnels of western hemisphere / a report prepared by the federal research division, library of congress, for the aeronautics research mission directorate, national aeronautics and space administration. 2008. - 646 p.2. Wind tunnels of western hemisphere / a report prepared by the federal research division, library of congress, for the aeronautics research mission directorate, national aeronautics and space administration. 2008 .-- 646 p.

3. Лабораторный практикум по аэрогазодинамике: Учеб. пособие / Белова А.В., Буравцев А.И., Ковалев М.А., Матвеев С.К. Л.: Изд-во ЛГУ, 1980. 288 с.3. Laboratory workshop on aerodynamics: Textbook. allowance / Belova A.V., Buravtsev A.I., Kovalev M.A., Matveev S.K. L .: Publishing house of Leningrad State University, 1980.288 s.

4. Патент (RU) №2377525 C2 (МПК: G01M 9/12).4. Patent (RU) No. 2377525 C2 (IPC: G01M 9/12).

5. С.П. Стрелков, Г.А. Бендриков, Н.А. Смирнов. «Пульсации в аэродинамических трубах и способы их демпфирования». - Труды ЦАГИ, 1946, в. 593, 56 с.5. S.P. Strelkov, G.A. Bendrikov, N.A. Smirnov. "Pulsations in wind tunnels and methods for damping them." - Proceedings of TsAGI, 1946, c. 593, 56 p.

6. Патент (RU) №2504747 (МПК: G01L 27/00) «Устройство для тарировки измерительных приборов дифференциального давления» (правообладатель - СПбГУ; авторы - Г.А. Леонов, А.И. Цветков, Б.А. Щепанюк); Зарегистрирован в Реестре изобретений РФ 20.01.2014 г.6. Patent (RU) No. 2504747 (IPC: G01L 27/00) “Device for calibration of measuring instruments for differential pressure” (copyright holder - St. Petersburg State University; authors - G.A. Leonov, A.I. Tsvetkov, B.A. Shchepaniuk) ; Registered in the Register of Inventions of the Russian Federation on January 20, 2014

7. А.К. Полубояринов, А.И. Цветков. Экспериментальное исследование продольных мод в течении Гартмана. Кн.: Прикладная аэрогазодинамика и тепловые процессы. Изд-во ИТПМ СО АН СССР, 1980, с. 99-1127. A.K. Poluboyarinov, A.I. Of flowers. An experimental study of longitudinal modes during Hartmann. Book: Applied aerodynamics and thermal processes. Publishing House ITPM SB AS USSR, 1980, p. 99-112

Claims (3)

1. Дозвуковая аэродинамическая труба с низким уровнем пульсаций потока инфразвукового диапазона замкнутого типа, содержащая форкамеру (1), коллектор (2), демпфирующие пластины (3) на выходе коллектора (2), открытую рабочую часть (4), диффузор (5) длиной L со сквозными демпфирующими отверстиями (6) суммарной площадью от 0,4 до 0,5 площади S выходного сечения коллектора (2) с расположением рядов отверстий (6) на расстоянии от 0,6-0,9 диаметра D коллектора (2) до L/3 длины диффузора (5) от его входного сечения, кольцевой раструб (7) над диффузором (5), поворотные секции (8) с поворотными лопатками (9), один возвратный канал (10), лопастный вентилятор (11), размещенный за диффузором (5), отличающаяся тем, что диффузор (5) длиной L имеет дополнительные сквозные демпфирующие отверстия (12) продольным размером l и суммарной площадью до 0,1 площади S выходного сечения коллектора (2), расположенные по отношению к имеющимся на расстоянии от
Figure 00000020
до
Figure 00000021
, а также отверстия (13) суммарной площадью до 0,15 площади S выходного сечения коллектора (2) и продольным размером l, расположенные с зазором Δ между лопастным вентилятором (11) и диффузором (5) и по отношению к имеющимся на расстоянии [L-(l/2+Δ)].
1. A subsonic wind tunnel with a low level of pulsations of the infrasonic range flow of a closed type, containing a prechamber (1), a collector (2), damping plates (3) at the outlet of the collector (2), an open working part (4), a diffuser (5) in length L with through damping holes (6) with a total area from 0.4 to 0.5 of the area S of the outlet cross section of the collector (2) with the arrangement of rows of holes (6) at a distance from 0.6-0.9 of the diameter D of the collector (2) to L / 3 the length of the diffuser (5) from its inlet section, the annular socket (7) above the diffuser (5), rotary sections (8) with rotary blades (9), one return duct (10), a blade fan (11) located behind the diffuser (5), characterized in that the diffuser (5) of length L has additional through-damping holes (12) with a longitudinal dimension l and a total area of up to 0.1 of the area S of the outlet cross section of the collector (2), located in relation to the available at a distance from
Figure 00000020
before
Figure 00000021
and also openings (13) with a total area of up to 0.15 of the area S of the outlet cross section of the collector (2) and a longitudinal size l, located with a gap Δ between the blade fan (11) and the diffuser (5) and with respect to the available at a distance [L - (l / 2 + Δ)].
2. Дозвуковая аэродинамическая труба замкнутого типа по п. 1, отличающаяся тем, что демпфирующие отверстия (6), (12) и (13) в диффузоре (5) выполнены зашитыми тонкой резиной с наружной поверхностью диффузора (5).2. The closed-type subsonic wind tunnel according to claim 1, characterized in that the damping holes (6), (12) and (13) in the diffuser (5) are made of thin rubber wired with the outer surface of the diffuser (5). 3. Дозвуковая аэродинамическая труба замкнутого типа по п. 1 или 2, отличающаяся тем, что кольцевой раструб (7) над диффузором (5) выполнен с механизмом (14) продольного перемещения раструба (7) параллельно оси аэродинамической трубы. 3. The closed-type subsonic wind tunnel according to claim 1 or 2, characterized in that the annular bell (7) above the diffuser (5) is made with a mechanism (14) for longitudinal movement of the bell (7) parallel to the axis of the wind tunnel.
RU2015123700/28A 2015-10-16 2015-10-16 Subsonic wind tunnel with low level of flow pulsations of infrasound range RU2605643C1 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015123700/28A RU2605643C1 (en) 2015-10-16 2015-10-16 Subsonic wind tunnel with low level of flow pulsations of infrasound range

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2015123700/28A RU2605643C1 (en) 2015-10-16 2015-10-16 Subsonic wind tunnel with low level of flow pulsations of infrasound range

Publications (1)

Publication Number Publication Date
RU2605643C1 true RU2605643C1 (en) 2016-12-27

Family

ID=57793619

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2015123700/28A RU2605643C1 (en) 2015-10-16 2015-10-16 Subsonic wind tunnel with low level of flow pulsations of infrasound range

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2605643C1 (en)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113758672A (en) * 2021-08-26 2021-12-07 中国航天空气动力技术研究院 High-efficient water-cooling diffuser of electric arc wind-tunnel
CN118243330A (en) * 2024-04-02 2024-06-25 中国科学院力学研究所 Flat plate boundary layer density pulsation measurement method
RU2827353C1 (en) * 2024-04-23 2024-09-24 Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") Method and device for arrangement of air flow in open working part of wind tunnel of high subsonic speeds with presence of acoustic chamber

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
С.П. Стрелков, Г.А. Бендриков, Н.А. Смирнов. "Пульсации в аэродинамических трубах и способы их демпфирования";. - Труды ЦАГИ, 1946, в. 593, 56 с.;RU 2377525 C2 27.12.2009;US 6997049 B2 14.02.2006. А.К. Полубояринов, А.И. Цветков. Экспериментальное исследование продольных мод в течении Гартмана. Кн.: Прикладная аэрогазодинамика и тепловые процессы. Изд-во ИТПМ СО АН СССР, 1980, с. 99-112. *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113758672A (en) * 2021-08-26 2021-12-07 中国航天空气动力技术研究院 High-efficient water-cooling diffuser of electric arc wind-tunnel
CN113758672B (en) * 2021-08-26 2024-03-26 中国航天空气动力技术研究院 High-efficient water-cooling diffuser of electric arc wind tunnel
CN118243330A (en) * 2024-04-02 2024-06-25 中国科学院力学研究所 Flat plate boundary layer density pulsation measurement method
RU2827353C1 (en) * 2024-04-23 2024-09-24 Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского" (ФАУ "ЦАГИ") Method and device for arrangement of air flow in open working part of wind tunnel of high subsonic speeds with presence of acoustic chamber

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Zhang et al. Hypersonic boundary-layer transition on a flared cone
Nelson et al. Fluid dynamics of a flow excited resonance, part I: experiment
Kiya et al. Sinusoidal forcing of a turbulent separation bubble
Willmarth Wall pressure fluctuations in a turbulent boundary layer
Broatch et al. Numerical and experimental analysis of automotive turbocharger compressor aeroacoustics at different operating conditions
Erengil et al. Effects of sweepback on unsteady separation in Mach 5 compression ramp interactions
RU2605643C1 (en) Subsonic wind tunnel with low level of flow pulsations of infrasound range
Tapken et al. Fan test rig for detailed investigation of noise generation mechanisms due to inflow disturbances
CN106018561A (en) System and method for measuring sound wave amplitude attenuation coefficients in different pipeline structures
CN109724764A (en) Experimental device and method for evaluating noise of wind tunnel flow field
Alba et al. Comparison of experimentally measured and computed second-mode disturbances in hypersonic boundary-layers
Caldas et al. Construction and assessment of an inflow-control-device for a low-speed aeroacoustic fan rig
RU2603234C1 (en) Subsonic wind tunnel with flow rate pulsing component
Doolan et al. The UNSW anechoic wind tunnel
Sturm et al. Large scale inflow distortions as a source mechanism for discrete frequency sound from isolated axial fans
Wang et al. Experimental study of velocity filtered joint density function for large eddy simulation
RU2559566C1 (en) Measurement of pulsating flow parameters
Rufer et al. Experimental study of second-mode instabilities on a 7-Degree Cone at Mach 6
Mumcu et al. Aeroacoustic testing for sound propagation through turbine vanes
Sweeney Characterization of a hypersonic quiet wind tunnel nozzle
Dhamanekar et al. Effect of plate inclination on the noise of impinging jets
RU143783U1 (en) DEVICE FOR MEASURING PULSING FLOW PARAMETERS
Forestier et al. Flow over cavities in transonic regime: a test case for numerical simulations
Zapryagaev et al. Effect of vortex generators on the direction diagram of acoustic emission of supersonic jets
Verdugo et al. Aeroacoustic source characterization technique applied to a cylindrical Helmholtz resonator