Описание экспериментальных стендов СВС-2 и Т-131Б для моделирования условий полета

Страница 3

Модели, предназначенные для изучения обтекания носовой части фюзеляжа, не имеют дросселя, но иногда могут иметь поддерживающее устройство, обеспечивающее возможность поворота модели относительно оси сопла АДТ. Этим обеспечивается наблюдение за формой и построение пространственного головного скачка уплотнения. Некоторые модели испытывают на хвостовой державке с тензовесами и без весов.

2. ОПИСАНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОГО СТЕНДА Т-131Б

2.1 Принципиальная схема и параметры аэродинамической трубы

Экспериментальный стенд Т-131Б представляет собой высокотемпературную гиперзвуковую аэродинамическую трубу незамкнутого типа. Принципиальная схема стенда приведена на рис.4. Он состоит из воздухоподогревателя – 1, аэродинамического сопла – 2, рабочей камеры – 3 с установленной в ней моделью ГПВРД – 4, стендового диффузора – 5, газового эжектора – 6 и выхлопной шахты – 7.

Энергетический комплекс включает в себя следующие системы:

· Систему воздуха высокого давления (давление в системе Р£32МПа);

· Систему кислорода (давление в системе Р£20МПа);

· Систему азота (давление в системе Р£20МПа);

· Систему водорода (давление в системе Р£15МПа);

· Топливную систему (давление в системе Р£12МПа);

· Водяную систему охолождения (давление в системе Р£3МПа).

Для обеспечения потребного перепада давления для запуска стенда на его выходе с помощью четырехступенчатого газового эжектора поддерживается низкое давление Р£2КПа.

Высотно-скоростная характеристика стенда – зависимость числа М и высоты полета, задаваемой статическим давлением на срезе аэродинамического сопла, от потребных параметров потока на стенде, определяется тем предельным разрежением, которое может обеспечить газовый эжектор на выходе из стенда. При реализации течения на стенде в диапазоне рассматриваемых чисел М=5¸10 необходимо учитывать эффективность восстановления давления во входном и выходном участках стенда. Предельное давление на входе в стенд составляет Рон £11МПа; предельное разряжение составляет Рв£2КПа. Исходя из этих условий рассчитывалась высотно-скоростная характеристика стенда. Верхняя граница определяется вакуумом, создаваемым эжектором; нижняя – эффективностью работы стендового диффузора; левая граница – располагаемым соплом, а правая предельным давлением на входе в стенд.

Таким образом аэродинамическая труба позволяет моделировать условия полета с числа М¥=5¸8 (10) на высотах Н=18¸45км при числах Re=105¸5×106 и температурах торможения потока Тt=800¸2350К.

2.1.1 Воздухоподогреватель

Для обеспечения высоких температур торможения газового потока на входе модельных камер сгорания на стенде Т-131Б используется воздухоподогреватель газопламенного типа. В камеру сгорания воздухоподогревателя подаются воздух, кислород и керосин в количествах необходимых для создания потока с заданными параметрами торможения Тt и Рt. Причем кислород подается в камеру сгорания воздухоподогревателя для восполнения сгоревшего кислорода воздуха, так чтобы доля кислорода в продуктах сгорания составляла gox=0.232. Последнее требование важно для моделирования атмосферного воздуха в испытаниях в которых исследуются процессы горения. Такой способ компенсации обеспечивает также высокую полноту сгорания керосина.

Схема воздухоподогревателя изображена на рис. 5. Воздухоподогреватель состоит из переходника (1), кислородного смесителя (2), пускового блока (3), топливного коллектора (4), камеры сгорания (5).

Воздух, через трубопровод высокого давления, обогащаясь в смесителе газообразным кислородом, поступает через отверстия в топливном коллекторе в камеру сгорания. Через форсунки топливного коллектора в камеру сгорания подается керосин, который смешивается с воздухом. Образующаяся керосин - кислород - воздушная горючая смесь поджигается от факела пламени из пускового блока и сгорает в камере сгорания.

Область работы воздухоподогревателя представлена на рис. 6. Верхняя граница области работы по давлению Pt и температуре Тt газа в воздухоподогревателе в настоящее время ограничена максимальным располагаемым давлением в топливной системе Рт=10 МПа. Нижняя граница определяется минимально возможным перепадом давления на топливных форсунках Рт=0.2 МПа, при котором сохраняется устойчивая работа воздухоподогревателя. Правая граница -Тt=2350 К - определяется предельным расходом кислорода 1.5 кг/с, а левая Tt=850 К - пределами воспламенения и стабилизации горения керосина в воздухоподогревателе.

При проведении испытаний на Т-131В необходимо учитывать, что термодинамические свойства и состав продуктов воздухоподогревателя отличаются от чистого воздуха.

2.1.2 Аэродинамические сопла

Изменение числа М потока на стенде Т-131Б осуществляется за счет установки различных аэродинамических сопел. Для стенда разработаны осесимметричные профилированные охлаждаемые сопла, рассчитанные на числа М=5; 6; 7; 8; 9; 10. Диаметр выходного сечения всех сопел одинаков и составляет 400мм.

Техника расчета сверхзвуковых сопел при хорошо разработана. Однако следует иметь в виду, что число М потока на выходе из сопла для того рода установок зависит не только от геометрии сопла, но и от режима воздухоподогревателя по коэффициенту избытка воздуха или окислителя и температуры потока.

2.1.3 Рабочая камера

Рабочая камера представляет собой камеру Эйфеля телескопического типа с оптическим отсеком для наблюдения за потоком. Такая конструкция камеры позволяет обеспечить установку и проведение испытаний крупногабаритных моделей.

Испытуемые модели устанавливаются в рабочей части стенда на специальном охлаждаемом поддоне. При испытаниях осесимметричных или плоских моделей ГПВРД на нулевом угле атаки можно использовать модели с условным диаметром входа Dm=140¸220мм и длиной Lm£2300мм. Если необходимо проводить весовые испытания модели, то на поддон устанавливается динамометрическая платформа, на которую устанавливается модель. Динамометрическая платформа представляет собой шестикомпонентные статически определимые тензовесы. Весы рассчитаны на измерение сил, действующих на испытуемый объект при запуске трубы и в стационарном режиме. Весы содержат шесть динамометров, на которых закреплена платформа с испытуемым объектом. Модель при весовых испытаниях закрывается кожухом, чтобы исключить влияние на весы внешнего потока.

Модель в рабочей части стенда устанавливается таким образом, чтобы сечение входа в воздухозаборник полностью находилась в зоне равномерных скоростей на выходе из сопла даже при нерасчетном истечении из сопла.

2.2 Стендовый диффузор и система эксгаустирования

Энергетические характеристики эксгаустерной системы, обеспечивающей работу стенда Т-131Б, зависит как от восстановления давления в стендовом диффузоре, так и от характеристик эжектора.

Диффузор стенда работает по схеме разделения потоков на внешний, обтекающий модель ГПВРД и внутренний, проходящий через модель. Оба потока тормозятся в отдельных каналах. Диффузор, тормозящий внешний поток, представляет собой сначала сужающийся, а затем постоянного сечения кольцевой канал с площадью сечения 0,16м2 и длиной 4м. внутренний диффузор представляет собой цилиндрический канал с постоянной площадью сечения 0.035м2 и длиной 3м, который непосредственно примыкает к выходу модели ГПВРД.

Такая схема диффузора позволяет не только обеспечить эффективное восстановление давления в потоке на стенде, но и обеспечить расчетное истечение на выходе из модели ГПВРД.

Эжектор состоит из четырех ступеней. В каждой ступени по радиусу трубы равномерно по окружности расположены в два ряда плоские сопла. Корпус выхлопного диффузора трубы, предшествующий эжектору, и первая ступень камеры смешения эжектора охлаждаются водой, что обеспечивает его надежную работу.