CC BY
47
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ Ц А Г И Том VII 1976
№ 1
УДК 629.7.018.3:534.222.2.
ИЗМЕРЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ЗВУКОВОГО УДАРА БАЛЛИСТИЧЕСКИМ МЕТОДОМ
В. Е. Белов, Л. П. Гурьяиікин, А. П. Красильщиков, И. М. Сурикова
Изучается силовое воздействие ударных волн от сверхзвукового летательного аппарата на поверхность или наземные сооружения. Разработана аппаратура и методика для измерения характеристик звукового удара с помощью баллистических методов исследования, которые были применены на малой баллистической установке (МБУ) ЦАГИ [1]. Приводятся результаты опытов с шарами при числах М = = 1,35 ч-2 в диапазоне относительных высот 2,5 < /г < 40.
1. Характеристики звукового удара могут быть определены с помощью малоинерционной аппаратуры в натурном летном эксперименте [2], или специальных экспериментальных установках для имитации И-волны [3].
Настоящая методика определения характеристик звукового удара с помощью лабораторных баллистических методов позволяет произвести измерение распределения давления по экрану с одновременным получением теневых спектров падающей ударной волны.
Установка состоит из моделирующего экрана размером 330 X 100 X 30 мм с пьезодатчиком, фотокассеты с камерной частью аэрофотоаппарата АФА-42/100, искрового источника, баллистического ствола калибром 14,5 мм и улавливателя моделей.
Модель, отстреливаемая из баллистического ствола, пролетает над экраном, в котором заподлицо с поверхностью заделан датчик для измерения давления. В момент пролета над экраном модель фотографируется и одновременно измеряется распределение давления по экрану. Могут изменяться скорость полета модели и высота траектории модели над экраном. Высота пролета над экраном и смещение модели от оси установки контролируются по пробоинам в мишенях.
2. В измерительный комплекс установки входят: 1) система измерения давления; 2) система синхронного фотографирования; 3) система измерения скорости. Блок-схема измерительного комплекса приведена на фиг. 1.
Измерение давления осуществляется с помощью миниатюрного пьезоэлектрического датчика типа МПД, подробное описание которого приводится в [4].
Сигнал с датчика через виброустойчивый кабель типа АВК-2 поступает на катодный повторитель с большим входным сопротивлением, далее на усилитель осциллографа с электронной памятью типа С1-29. Эпюра давления, зафиксированная на экране осциллографа, фотографируется с помощью фотоприставки ФП-722.
Запуск развертки осциллографа и управление системой синхронного фотографирования осуществляются от пьезодатчика, установленного в отражающую
поверхность экрана на расстоянии 60 мм перед измерительным датчиком. Сигнал с этого датчика через катодный повторитель поступает на усилитель и далее на двухканальное спусковое, тиратронное устройство, один из каналов которого запускает развертку осциллографа, другой — систему фотографирования. Фотографическая регистрация отраженной ударной волны осуществляется методом прямотеневого фотографирования в расходящемся пучке с помощью точечного искрового осветителя [5]. Расстояния от источника до фотопленки и от объекта до фотопленки были выбраны таким образом, чтобы при хорошем разрешении обеспечивалась достаточная чувствительность системы. Масштаб съемки при этих условиях 1 : 1,2.
Ула(6лцдатель моделей
Баллистичесхии стпдол
Заделка датчика д плите
Фиг. 1
Вакуумная
резима
Латунмая
Отулка
Для измерения скорости модели при испытаниях использовались две измерительные станции МБУ с мерной базой 830 мм. На станциях осуществлялось теневое фотографирование модели искровыми источниками, свет от которых служит сигналом запуска и остановки электронного хронометра, измеряющего интервал времени пролета мерной базы. В измеренную скорость вводилась коррекция за счет замедления модели.
На фиг. 2 приведена теневая фотография спектра ударных волн от летящего со сверхзвуковой скоростью шара и представлена соответствующая эпюра распределения давления по экрану. Видно, что имеет место близкое к зеркальному регулярное отражение ударных волн от экрана. На фиг. 3 показана последовательность эпюр давления по экрану приразличных значениях относительной высоты А = Л/й (Л — диаметр модели). При величинах /г > 20 эпюра давления принимает форму правильной М-волны. При малых расстояниях имеют место искажения в форме М-волны: градиент давления по времени имеет большую величину в фазе сжатия по сравнению с фазой расширения. Максимальная абсолютная величина перепада давления Ьрх в фазе сжатия превышает абсолютную величину Ьр„ в фазе расширения. С увеличением относительной высоты это различие уменьшается и при величинах К>20 величины перепада давления в фазах сжатия и расширения совпадают, волна приобретает форму правильной №цолны.
На фиг. 4 приведена величина перепада давления Др,- в фазе сжатия Дрх и в фазе расширения Др2, отнесенные к атмосферному давлению рк в зависимости от относительной высоты /г. Экспериментальные точки получены в основном при четырех значениях числа М = 1,35; 1,45; 1,8 и 2. Видно, что все экспериментальные данные хорошо ложатся на одну и ту же кривую, что говорит о независимости результатов от числа М в приведенном диапазоне. Сравнение настоящих результатов с результатами экспериментов в сверхзвуковой аэродинамической трубе, полученных при числе М = 1,8 (фиг. 4), показывает, что имеет место достаточно хорошее совпадение в измеренных значениях перепада давления в волне.
На фиг. 5 показана зависимость относительной длины волны X = Х/Л от относительной высоты полета модели над экраном. Величина X получена двумя
iJtittuJ ij+t+++
/ 7/ = 4Г ^
/ \т\ші
4
'т оеЄ(^‘ Ч 1 і-
f£l=W
10 — Ученые записки ЦАГИ
методами: прямым измерением с теневых фотографий расстояния между точками падения на экран головной и хвостовых ударных волн X и путем измерения длительности Г^-волны по осциллограммам с эпюрами давления. Длина волны возрастает с увеличением относительной высоты. На величину длины волны также оказывает влияние число М.
Многократная повторяемость данных настоящего эксперимента и хорошее совпадение результатов, полученных различными методами, свидетельствуют о применимости аэробаллистической методики для изучения характеристик звукового удара.
ЛИТЕРАТУРА
1. Гурьяшкин Л. П., Красильщиков А. П., Подобии В. П. Аэробаллистическая труба для измерения сопротивления моделей в свободном полете при гиперзвуковых скоростях. „Ученые записки ЦАГИ“, т. I, № 2, 1970.
2. Лавров Ю. В. Аппаратура и датчики давления для измерения интенсивности звукового удара. Труды ЦАГИ, вып. 1094, 1967.
3. Голубинский А. И., Соколов К. Б. Моделирование Ы-волны звукового удара в конической ударной волне. Труды ЦАГИ, вып. 1397, 1972.
4. С о к о л о в К. Б. К методике экспериментального изучения нестационарных процессов. „Ученые записки ЦАГИ“, т. IV, № 1,1973.
5. Гуляев Б. А., Гурьяшкин Л. П., Красильщиков А. П.,
Суменков К. А. О применении искровой теневой фотографии в изучении быстродвижущихся объектов. „Техника киносъемки, ее применение в промышленности и научных исследованиях'. М., МДНТП им. Дзержинского, 1966. .
Рукопись поступила 11\Х 1974 г.
