Использование отсоса для увеличения чисел м в перфорированной рабочей части с дозвуковым соплом Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ Ц АГ И Том XV 198 4

М 4

УДК 629.7.018.1

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ОТСОСА ДЛЯ УВЕЛИЧЕНИЯ ЧИСЕЛ М В ПЕРФОРИРОВАННОЙ РАБОЧЕЙ ЧАСТИ С ДОЗВУКОВЫМ СОПЛОМ

С. Ю. Борисов, 3. Г. Пасова

Показано, что в трансзвуковой перфорированной рабочей части с дозвуковым соплом можно получить числа М до 1,50 при угле установки панелей рабочей части <р, равном Ґ40', при работе трубы с отсосом. Коэффициент отсоса при этом не превышает 8—10%, а продольный градиент давления в зоне расположения модели практически отсутствует.

При установке в аэродинамической трубе дозвукового сопла можно получить в перфорированной рабочей части, кроме дозвуковых скоростей, и некоторый диапазон сверхзвуковых скоростей. Для получения этого диапазона скоростей, а также для устранения индукции необходим отсос воздуха из рабочей части, который может осуществляться двумя способами: 1) автоотсос при уступе в конце рабочей части; 2) принудительный отсос из камеры, окружающей рабочую часть, с помощью специальной системы отсоса. В случае, когда давление в рабочей части выше атмосферного, эффект, аналогичный отсосу, получается при сбросе части воздуха из рабочей части в атмосферу.

Первый вариант работы трансзвуковой трубы наиболее простой. Но его целесообразно применять при числах М до 1,1-н 1,2. При больших числах М резко возрастают потери полного давления в трубе и ухудшается поле скоростей в рабочей части. Значительно более эффективным является вариант работы с отсосом. В этом случае при удовлетворительной равномерности потока удается получить значительно большие числа М. В то же время при работе с отсосом можно существенно снизить по сравнению с уступом потери полного давления в трубе, которые характеризуются

коэффициентом восстановления полного давления где р0 в—полное давле-

но Ф

ние в конце выхлопного диффузора трубы, а ро ф — полное давление в форкамере. Величина V при работе с отсосом при прочих равных условиях зависит от коэффициента отсоса К= °тс , где йоте и бр. ч •—величины массового расхода воздуха че-Ор. ч

рез систему отсоса и сопло основного тракта трубы.

В работе [1] показано, что при работе с отсосом в конце рабочей части появляется зона интенсивного торможения потока (расходный диффузор). С увеличением К уменьшается скорость потока на входе в дозвуковой диффузор, результатом чего является снижение потерь полного давления в трубе. Если в трубе с отсосом имеется регулируемое сопло или сменные сверхзвуковые сопла, то дозвуковое сопло (или дозвуковой контур регулируемого сопла) обычно применяется только до чисел М = = 1,2-4-1,3. Однако в трубах, имеющих только дозвуковое сопло, может возникнуть необходимость получения возможно больших чисел М, что и является предметом настоящих испытаний. Результаты этих исследований имеют особенно существенное значение для криогенных трансзвуковых труб, оборудование которых сменными сверхзвуковыми соплами или регулируемым соплом связано с большими технологическими трудностями.

1. Эксперимент проводился в прямоточной аэродинамической трубе, работающей от газгольдеров с давлением до 10Х105Па, с размерами сечения рабочей части 180x180 мм. Аэродинамический контур этой трубы приведен на рис. 1. Данные испытания проводились с дозвуковым соплом. Все четыре стенки рабочей части — перфорированные, с регулируемой перфорацией. Коэффициент проницаемости перфорации о, равный отношению площади проходных сечений в отверстиях к общей площади панелей, в данных испытаниях равнялся 12,8%. Боковые стенки рабочей части параллельны оси трубы, а угол установки ф верхней и нижней стенок относительно оси трубы может изменяться.

Испытания проводились при значениях ср, равных 30' и 1° 40'. За рабочей частью располагаются два отсека, боковые стенки которых являются продолжением боковых стенок рабочей части. Верхняя и нижняя стенки первого отсека представляют собой регулируемые створки, обеспечивающие работу трубы как с уступом, так и без уступа. Второй отсек имеет постоянное прямоугольное сечение, переход от которого к входному круглому сечению дозвукового диффузора осуществляется с помощью переходника. Дозвуковой диффузор имеет полуугол раствора, равный 3°. Рабочая часть и следующие за ней два отсека окружены камерой, из которой может производиться отсос воздуха с помощью одноступенчатого сверхзвукового эжектора. Для измерения расхода отсасываемого воздуха в тракте отсоса установлены мерные сопла.

2. Были исследованы три варианта работы трубы с отсосом, отличающиеся углом установки панелей рабочей части ф и положением регулируемых створок (рис. 2). Первый вариант — традиционная схема работы трубы с отсосом, при которой уступ в конце рабочей части равен нулю, а угол ф=30'. Такая величина ф принята в большинстве трансзвуковых труб и соответствует его значению, обеспечивающему компенсацию пограничного слоя в рабочей части с гладкими стенками. В этом

Рис. 1 Перфорированная панель рабочей часта

/ Регулируемые ш =30 / стВорки

Вариант 1 ш=30’

гг—^ 'Т П

Вариант 1

(р = .1°40'

______П_

ВарианпГЗ Рис. 2

варианте проведены и испытания с отсосом, анализ которых дан в работе [1]- Второй вариант — работа трубы одновременно с уступом при /г= 1,18 (Р — отношение площадей в сечении уступа) и отсосом при ф = 30'. Третий вариант — работа с отсосом при <р=1°40' — максимально возможном угле раскрытия панелей рабочей части; в этом случае уступ равен нулю, и регулируемые створки расположены горизонтально. Этот вариант было решено исследовать, исходя из результатов работы [2], которые давали основание предположить, что увеличение угла <р приводит к росту максимального числа М, реализуемого в трубе с отсосом.

Испытания всех трех вариантов проводились без модели и с моделью самолета

- 5кр

с относительной площадью крыла 5кр= =0,07, где 5кр — площадь крыла модели,

гр. ч

Рр.ч— площадь сечения рабочей части при углах атаки « = 0, 10°, 20°. Эта величина 5кр близка к ее значению для типичных моделей, которые предполагается испытывать в трансзвуковых и, в частности, в криогенных аэродинамических трубах. Вариант 1 испытывался также с моделью самолета, имеющей величину 5кр = 0,19, при углах атаки а =10°, 20°. Эксперимент проводился при примерно постоянном давлении в эжекторе р0 и повышающемся давлении в форкамере до достижения максимального значения Мр. ч. При этом значения р0 были близки к величине, соответствующей «запиранию» эжектора, равной примерно 8,5х105Па. В этом случае достигались коэффициенты отсоса, близкие к максимально возможным, и, соответственно, максимально возможные числа М в рабочей части.

3. Полученные максимальные значения Мр. ч и соответствующие им величины К и V для всех исследованных режимов трубы приведены в таблице. Для сравнения там же приведены данные для варианта работы трубы с уступом и автоотсосом.

Вариант С уступом и автоотсосом

1 2 3

5кр

0.19 0,07 0,07 0,07 0,19

Мтах к V ^гаах к V Мшах К V Мтах К V ^тах

Без модели

1,38 0,093 0,85 1,38 0,093 0,85 1,43 0.075 0,71 1,50 0,075 0,80 1,23 0,76

а = 0

— — — 1,36 0,091 0,85 1,42 0,091 0,75 1,49 0,078 0,79 1,20 0.76

<х= 10°

1,34 0,090 0,86 1,35 0,087 0.82 1,42 0,087 0,75 1,49 0,079 0,77 1.15 0,75

II (О О о

1,31 0,100 0,82 1.33 0,100 0,85 11,39 0,090 0,73 1,47 0,082 0,77 1,08 0,77

Вариант 1

0,9

о

J______I_____I_____L

* Д • 0

_____\-SL-

0,10

е,в5

о Вез модели. & ос =0 10°

* 20°

0/уя* 0

• в си’ л ^

J__________________________I-

•Г5°°

J_______I

Ю

1.1 1,1 Рис. 3

и М„

Рис. 4

Как показывают приведенные данные, наибольшие величины Л1тах, равные 1,47—1,50, получаются при работе с отсосом без уступа при <р=1°40', тогда как при Ф = 30' без уступа (традиционная схема работы трубы с отсосом) получаются числа М до 1,38. При работе с отсосом и уступом при ф = 30' получаются числа М до 1,43, причем этому варианту соответствуют большие потери полного давления в трубе. Таким образом, этот способ повышения максимального числа М является менее эффективным, чем увеличение угла ф до максимальной его величины. Следует заметить, что максимальные значения числа М, полученные при испытаниях варианта 1 с моделями, имеющими существенно различные величины 5„р, отличаются незначительно. Можно предположить, что аналогичные результаты имеют место и для остальных вариантов.

На рис. 3 и 4 приведены графики зависимости V и К от Мр. ч во всем реализованном диапазоне сверхзвуковых скоростей для двух вариантов работы трубы: наиболее часто применяемой схемы работы с отсосом (вариант 1) и варианта 3, дающего наибольшие максимальные числа М. Приведенные графики иллюстрируют общий ход указанных зависимостей и показывают, как определяются максимальные числа М для каждого варианта. Кроме того, эти графики могут быть использованы для определения максимальных реализуемых чисел М при величинах располагаемой степени сжатия трубы е, равной -1-, меньших достигнутых в настоящих испытаниях.

Вез модепи

РІР*

0,38

0,34

0,30

0,35

0,34

0,30

Вариант /

М =1,36 ,К=0,033

. о ооо0 ссо ^ 0000000000&

І________I________I_______1________I

0 Вариант 1

4=1,41 ,К=0,075

о° °

оо ООрОро ос

0,33

0,34

0,30

0,26

Вариант 3 М =1,50 ;К=0,015

о стенка • памера

• , °о 00 »о ооО^° 0

J_______і ° і 1 '

0 1 'Срез сопла

Зона расположения модели 5=0,07

Рис. 5

4. На рис. 5 показано распределение давления по длине рабочей части х=х/Ь, где Ь — размер стороны поперечного сечения рабочей части, для максимальных чисел М, достигнутых в настоящих испытаниях. Приведенные графики показывают наличие длинного разгонного участка в начале рабочей части. Для варианта 3 при Мг=1,50 длина этого участка достигает —1,7 калибра. Это, по-видимому, связано с интенсивным перетеканием воздуха из рабочей части в камеру. При этом умень-

7 «Ученые записки» № 4

97

шается, но остается вполне допустимой длина участка, где можно размещать модель. На этом участке продольный градиент давления для всех трех вариантов практически отсутствует, а неравномерность в распределении величины р/рф не превосходит Др/рф = ±0,006.

ЛИТЕРАТУРА

1. Лыжин О. В., Пасова 3. Г. Экспериментальное исследование расходного диффузора трансзвуковой аэродинамической трубы. — Ученые записки ЦАГИ, 1979, т. X, № 4.

2. Борисов С. Ю., Искра А. Л., Лыжин О. В., Пасова 3. Г. Экспериментальное исследование трансзвуковой аэродинамической трубы с отсосом при различных углах установки перфорированных панелей рабочей части. — Ученые записки ЦАГИ, 1982, т. XIII, № 4.

Рукопись поступила ЗО/IX 1982 г.