Сверхзвуковая аэродинамическая труба

Инженеры проверяют модель самолета перед испытательным полетом в сверхзвуковой аэродинамической трубе в Лаборатории полетных двигателей Льюиса .

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

Сверхзвуковая аэродинамическая труба — это аэродинамическая труба , которая создает сверхзвуковые скорости (1,2 < M <5). Число Маха и расход определяются геометрией сопла . Число Рейнольдса изменяется путем изменения уровня плотности (давления в форкамере). Поэтому требуется высокая степень повышения давления (для сверхзвукового режима при M = 4 эта степень составляет порядка 10). Кроме того, может произойти конденсация влаги или даже сжижение газа, если статическая температура станет достаточно низкой. Это означает, что сверхзвуковая аэродинамическая труба обычно нуждается в установке для сушки или предварительного нагрева. Сверхзвуковая аэродинамическая труба имеет большую потребляемую мощность, поэтому большинство из них рассчитаны на прерывистую, а не непрерывную работу.

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

Ограничения на эксплуатацию сверхзвуковой трубы

Минимально требуемая степень сжатия

Оптимистическая оценка: Коэффициент давления - это общий коэффициент давления над нормальным скачком уплотнения в точке М 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 эффекты: конденсация

Температура в испытательной секции:

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

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

Диапазон скоростей ограничен температурой пласта

Требования к питанию

Мощность, необходимая для работы сверхзвуковой аэродинамической трубы, огромна, порядка 50 МВт на квадратный метр площади поперечного сечения испытательной секции. По этой причине большинство аэродинамических труб работают прерывисто, используя энергию, запасенную в резервуарах высокого давления. Эти аэродинамические трубы также называются прерывистыми сверхзвуковыми продувочными аэродинамическими трубами (схематический обзор которых приведен ниже). Другой способ достижения огромной выходной мощности — использование вакуумного резервуара-хранилища. Эти трубы называются сверхзвуковыми аэродинамическими трубами с подводом воздуха и редко используются, поскольку они ограничены низкими числами Рейнольдса. Некоторые крупные страны построили крупные сверхзвуковые аэродинамические трубы, которые работают непрерывно; одна из них показана на фотографии. Другие проблемы, связанные с эксплуатацией сверхзвуковой аэродинамической трубы, включают:

• запуск и остановка испытательного участка (связанные с поддержанием по крайней мере минимального коэффициента давления)
• достаточный запас сухого воздуха
• Эффекты интерференции на стенке из-за отражения ударной волны и (иногда) блокировки
• высококачественные приборы, способные выполнять быстрые измерения благодаря короткому времени работы в прерывистых туннелях

Такие туннели, как труба Людвигга, характеризуются коротким временем испытания (обычно менее одной секунды), относительно высоким числом Рейнольдса и низким энергопотреблением.

Дальнейшее чтение

• Поуп, А.; Гойн, К. (1978). Высокоскоростные испытания в аэродинамической трубе . Кригер. ISBN 0-88275-727-X.

Смотрите также

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

Внешние ссылки

• Демонстрация сверхзвуковых испытаний в аэродинамической трубе (2,5 Маха) с плоской пластиной и клином, создающими косой скачок уплотнения (видео)