способ получения гиперзвукового потока для аэродинамических испытаний и устройство для его осуществления (варианты)

Формула изобретения

1. Способ получения гиперзвукового потока для аэродинамических исследований, основанный на сжатии рабочего газа, разогреве его и выталкивании при постоянных параметрах торможения через аэродинамическое сопло, отличающийся тем, что рабочий газ, поступающий из малого цилиндра мультипликатора в аэродинамическое сопло, разогревают с помощью кауперного подогревателя газа.

2. Устройство для получения гиперзвукового потока для аэродинамических исследований, содержащее мультипликатор давления, нагреватель газа, пусковое устройство и аэродинамическое сопло, отличающееся тем, что нагреватель газа выполнен в виде кауперного подогревателя газа, установленного между мультипликатором давления и пусковым устройством.

3. Устройство для получения гиперзвукового потока для аэродинамических исследований по п.2, отличающееся тем, что снабжено дросселем, установленным между кауперным подогревателем газа и пусковым устройством.

4. Устройство для получения гиперзвукового потока для аэродинамических исследований по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено клапаном и дросселем, которые последовательно установлены между мультипликатором давления и кауперным подогревателем газа.

5. Устройство для получения гиперзвукового потока для аэродинамических исследований по п.2, отличающееся тем, что оно снабжено клапаном и двумя дросселями, причем клапан и один дроссель установлены между мультипликатором давления и кауперным подогревателем газа, а другой дроссель - между кауперным подогревателем и пусковым устройством.

Описание изобретения к патенту

Изобретения относятся к области экспериментальной аэродинамики и могут быть использованы для получения гиперзвуковых потоков газа для аэродинамических исследований.

Наиболее близким из известных решений к заявленному способу является способ получения гиперзвукового потока газа, основанный на сжатии рабочего газа, разогрева его и выталкивании при постоянных параметрах торможения через аэродинамическое сопло.

Устройство для осуществления этого способа содержит нагреватель газа, мультипликатор давления, пусковое устройство и аэродинамическое сопло (см. патент США №3418445, кл.219-121).

Недостатком указанных решений является то, что из-за разогрева сжатого рабочего газа в малом цилиндре мультипликатора с помощью электроимпульсного разряда от источника высокого напряжения существует ограничение по допустимым размерам малого цилиндра, устройство усложнено за счет высоковольтной системы электроразряда и имеет место загрязнение газа вследствие эрозии электродов при разряде.

Задачей данных изобретений является увеличение исходного запаса рабочего газа в малом цилиндре мультипликатора давления, упрощение устройства, снижение загрязнения газа.

Технический результат, достигаемый при этом - либо увеличение диаметра гиперзвукового потока, а значит и числа Рейнольдса, либо увеличение продолжительности рабочего режима, а также снижение загрязнения потока.

Решение поставленной задачи и технический результат достигаются тем, что в способе получения гиперзвукового потока, основанном на сжатии рабочего газа, разогреве его и выталкивании при постоянных параметрах торможения через аэродинамическое сопло, рабочий газ, поступающий из малого цилиндра мультипликатора в аэродинамическое сопло, разогревают с помощью кауперного подогревателя.

Указанный результат достигается тем, что в устройстве для получения гиперзвукового потока для аэродинамических исследований, предназначенном для осуществления способа и содержащем мультипликатор давления, нагреватель газа, пусковое устройство и аэродинамическое сопло, нагреватель газа выполнен в виде кауперного подогревателя газа, установленного между мультипликатором давления и пусковым устройством.

Технический результат также может быть достигнут тем, что в варианте выполнения устройства для получения гиперзвукового потока нагреватель выполнен в виде кауперного подогревателя газа, установленного между мультипликатором давления и пусковым устройством, устройство снабжено дросселем, установленным между кауперным подогревателем газа и пусковым устройством.

Технический результат также может быть достигнут тем, что в варианте выполнения устройства для получения гиперзвукового потока нагреватель выполнен в виде подогревателя газа, установленного между мультипликатором давления и пусковым устройством, устройство снабжено клапаном и дросселем, установленными между мультипликатором давления и подогревателем газа.

Технический результат также может быть достигнут тем, что в варианте выполнения устройства для получения гиперзвукового потока нагреватель выполнен в виде кауперного подогревателя газа, установленного между мультипликатором давления и пусковым устройством, устройство снабжено клапаном и двумя дросселями, причем клапан и один дроссель установлены между мультипликатором давления и кауперным подогревателем газа, а другой дроссель между кауперным подогревателем и пусковым устройством.

Схемы устройств для получения гиперзвукового потока газа по предлагаемому способу приведены на фиг.1-4.

Устройство для осуществления способа, приведенное на фиг.1, содержит мультипликатор давления 1, кауперный подогреватель газа 2, пусковое устройство 3, аэродинамическое сопло 4, компрессор 5 для закачки рабочего газа в малый цилиндр мультипликатора и подогреватель, клапан 6, через который подается толкающий газ в большой цилиндр мультипликатора.

Устройство для осуществления способа, приведенное на фиг.2, содержит те же элементы, которые показаны на фиг.1, и, кроме того, снабжено дросселем 7, установленным между кауперным подогревателем газа 2 и пусковым устройством 3.

Устройство для осуществления способа, приведенное на фиг.3, содержит те же элементы, которые показаны на фиг.1, и, кроме того, снабжено клапаном 8 и дросселем 7, которые последовательно установлены между мультипликатором давления и подогревателем газа.

Устройство для осуществления способа, приведенное на фиг.4, содержит те же элементы, которые показаны на фиг.1, и, кроме того, снабжено клапаном 8 и двумя дросселями, причем клапан 8 и дроссель 9 установлены между мультипликатором давления 1 и подогревателем газа 2, а другой дроссель 7 между подогревателем 2 и пусковым устройством 3.

Устройство, приведенное на фиг.1, работает следующим образом.

Поршни мультипликатора давления 1 отводят в крайнее левое положение и перекрывают пусковым устройством 3 выход газа в сопло 4. С помощью компрессора 5 закачивают рабочий газ в малый цилиндр мультипликатора и подогреватель газа до требуемого давления р _Н, включают электропитание кауперного подогревателя и разогревают теплоаккумулирующую насадку подогревателя до температуры торможения потока Т₀. При этом давление рабочего газа в подогревателе и в малом цилиндре подогревателя поднимается до давления торможения потока р₀. Подают требуемое давление толкающего газа, открыв клапан 6, под поршень большого цилиндра мультипликатора.

Для пуска установки открывают пусковое устройство 3 и рабочий газ поршнями мультипликатора выталкивается из малого цилиндра мультипликатора через сопло 4 при постоянных параметрах торможения р₀, Т₀ .

Устройство, приведенное на фиг.2, работает следующим образом.

Поршни мультипликатора давления 1 отводят в крайнее левое положение и перекрывают пусковым устройством 3 выход газа в сопло 4. С помощью компрессора 5 закачивают рабочий газ в малый цилиндр мультипликатора и подогреватель газа до требуемого давления р_Н, включают электропитание кауперного подогревателя и разогревают теплоаккумулирующую насадку подогревателя до температуры Т_Н, которая меньше температуры торможения потока. При этом давление рабочего газа в подогревателе и в малом цилиндре мультипликатора возрастает до значения р_Н, которое превышает значение давления торможения р₀. Подают требуемое давление толкающего газа, открыв клапан 6, под поршень большого цилиндра мультипликатора.

Для пуска установки открывают пусковое устройство 3 и рабочий газ поршнями мультипликатора выталкивается из малого цилиндра мультипликатора через подогреватель 2, дроссель 7 и сопло 4 при постоянных параметрах. При этом в ходе движения газа через дроссель 7 его давление уменьшается до давления торможения р₀, а температура в соответствии с эффектом Джоуля-Томсона повышается до температуры торможения Т₀.

Устройство, приведенное на фиг.3, работает следующим образом.

Поршни мультипликатора давления 1 отводят в крайнее левое положение и перекрывают пусковым устройством 3 выход газа в сопло 4. С помощью компрессора 5 закачивают рабочий газ в малый цилиндр мультипликатора и подогреватель газа 2 до требуемого давления, закрывают клапан 8 и продолжают закачивать газ в малый цилиндр мультипликатора до максимально допустимого для мультипликатора давления р_м. Включают электропитание кауперного подогревателя и разогревают теплоаккумулирующую насадку подогревателя до температуры торможения потока Т₀. При этом давление в подогревателе повышается до определенной величины. Подают требуемое давление толкающего газа, открыв клапан 6, под поршень большого цилиндра мультипликатора.

Для пуска установки открывают клапан 8, пусковое устройство 3 и рабочий газ поршнями мультипликатора выталкивается из малого цилиндра мультипликатора через дроссель 7 и подогреватель газа 2 в аэродинамическое сопло 4 при постоянных параметрах торможения р₀, Т ₀.

Устройство, приведенное на фиг.4, работает следующим образом.

Поршни мультипликатора давления 1 отводят в крайнее левое положение и перекрывают пусковым устройством 3 выход газа в сопло 4. С помощью компрессора 5 закачивают рабочий газ в малый цилиндр мультипликатора и подогреватель газа 2 до требуемого давления, закрывают клапан 8 и продолжают закачивать газ в малый цилиндр мультипликатора до максимально допустимого для мультипликатора давления р_м. Включают электропитание кауперного подогревателя и разогревают теплоаккумулирующую насадку подогревателя до требуемой температуры Т_Н. При этом давление в подогревателе поднимается до определенной величины. Подают требуемое давление толкающего газа, открыв клапан 6, под поршень большого цилиндра мультипликатора.

Для пуска установки открывают клапан 8, пусковое устройство 3 и рабочий газ поршнями мультипликатора выталкивается из малого цилиндра мультипликатора через дроссель 9, подогреватель 2 и дроссель 7 в сопло 4 при постоянных параметрах торможения р₀, Т₀ . При этом у рабочего газа при прохождении через дроссель 9 понижается давление и повышается температура, при прохождении через подогреватель 2 повышается температура до температуры Т_Н термоаккумулирующей насадки, при прохождении через дроссель 7 понижается давление до давления торможения р₀ и повышается температура до температуры торможения Т₀.

Использование изобретений освобождает от необходимости использовать высоковольтную систему электроразряда, позволяет освободиться от недостатков, которые сопутствуют это использование и, в итоге, позволяют существенно (в разы) увеличить исходное количество рабочего газа в малом цилиндре мультипликатора и, следовательно, увеличить продолжительность рабочего режима или диаметр рабочего потока. При этом уплощается конструкция устройства и снижается загрязнение рабочего газа.