Сверхзвуковая аэродинамическая труба

Инженеры проверяют модель самолета перед испытательным запуском в сверхзвуковой аэродинамической трубе Лаборатории летных двигателей Льюиса .

Шлирен-фотография часто используется для получения изображений потока газа и ударных волн в сверхзвуковых аэродинамических трубах. Здесь поток со скоростью 4 Маха над зондом Пито наблюдается с помощью шлирен-оптики в сверхзвуковой аэродинамической трубе штата Пенсильвания . Направление потока слева направо.

Сверхзвуковая аэродинамическая труба — это аэродинамическая труба , создающая сверхзвуковые скорости (1,2< M <5). Число Маха и расход определяются геометрией сопла . Число Рейнольдса варьируется путем изменения уровня плотности (давления в форкамере). Поэтому требуется высокая степень сжатия (для сверхзвукового режима при М=4 эта степень порядка 10). Кроме того, если статическая температура станет достаточно низкой, может произойти конденсация влаги или даже сжижение газа. Это означает, что сверхзвуковая аэродинамическая труба обычно требует установки для сушки или предварительного нагрева. Сверхзвуковая аэродинамическая труба потребляет большую мощность, поэтому большинство из них предназначены для прерывистой, а не непрерывной работы.

Первая сверхзвуковая аэродинамическая труба (сечением 2 см) была построена в Национальной физической лаборатории в Англии и начала работать в 1922 году.

Ограничения на эксплуатацию сверхзвукового туннеля

Минимально необходимая степень сжатия

Оптимистическая оценка: Коэффициент давления - общий коэффициент давления по сравнению с нормальным ударом в точке M в испытательной секции: ${\displaystyle \leq }$

${\displaystyle {\frac {P_{t}}{P_{amb}}}\leq \left({\frac {P_{t_{1}}}{P_{t_{2}}}}\right)_{M_{1}=M_{m}}}$

Примеры:

Температурные воздействия: конденсация

Температура в испытательной части:

${\displaystyle {\frac {T_{m}}{T_{t}}}=\left(1+{\frac {\gamma -1}{2}}M_{m}^{2}\right)^{-1}}$

с = 330 К: = 70 К при = 4 ${\displaystyle T_{t}}$ ${\displaystyle T_{m}}$ ${\displaystyle M_{m}}$

Диапазон скоростей ограничен пластовой температурой.

Требования к питанию

Мощность, необходимая для работы сверхзвуковой аэродинамической трубы, огромна, порядка 50 МВт на квадратный метр поперечного сечения рабочей части. По этой причине большинство аэродинамических труб работают с перерывами, используя энергию, запасенную в резервуарах высокого давления. Эти аэродинамические трубы также называют аэродинамическими трубами периодической сверхзвуковой продувки (схематическое изображение которых приведено ниже). Другой способ добиться огромной выходной мощности — использование вакуумного резервуара для хранения. Эти туннели называются сверхзвуковыми аэродинамическими трубами с внутренней тягой и используются редко, поскольку их возможности ограничены низкими числами Рейнольдса. Некоторые крупные страны построили крупные сверхзвуковые туннели, которые работают непрерывно; один показан на фото. Другие проблемы при эксплуатации сверхзвуковой аэродинамической трубы включают:

• запуск и отмена запуска испытательного участка (связанный с поддержанием хотя бы минимального перепада давлений)
• достаточная подача сухого воздуха
• эффекты интерференции стенок из-за отражения ударной волны и (иногда) блокировки
• высококачественные инструменты, способные выполнять быстрые измерения благодаря короткому времени работы в прерывистых туннелях

Туннели, такие как трубка Людвига, имеют короткое время испытаний (обычно менее одной секунды), относительно высокое число Рейнольдса и низкие требования к мощности.

дальнейшее чтение

• Поуп, А.; Гоин, К. (1978). Испытания в высокоскоростной аэродинамической трубе . Кригер. ISBN 0-88275-727-Х.

Смотрите также

• Низкоскоростная аэродинамическая труба
• Высокоскоростная аэродинамическая труба
• Гиперзвуковая аэродинамическая труба
• трубка Людвига
• Ударная трубка

Внешние ссылки

• Демонстрация испытаний в сверхзвуковой аэродинамической трубе (2,5 Маха) с плоской пластиной и клином, создающими косую ударную волну (Видео)