CC BY
69
Том XXXV
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ 200 4
№ 1—2
УДК 533.6.071.4
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЫ С ПРИНУДИТЕЛЬНЫМ ОТСОСОМ ВОЗДУХА ИЗ КАМЕРЫ ДАВЛЕНИЯ И ОДНОВРЕМЕННЫМ ВПУСКОМ ВОЗДУХА В КОНТУР ТРУБЫ
З. Г. ПАСОВА
Приведены результаты экспериментального исследования режимов работы аэродинамической трубы периодического действия с принудительным отсосом воздуха из камеры,
окружающей рабочую часть, и одновременным впуском воздуха в контур трубы из газгольдеров при различных величинах полного давления впускаемого в трубу воздуха р0вп в диапазоне чисел М в рабочей части от 1 до 1,7. Определены минимальные возможные величины р0вп. Исследовано влияние величины р0вп на течение в аэродинамической трубе с отсосом.
В настоящей работе изложены результаты экспериментальных исследований течения в трансзвуковой аэродинамической трубе с принудительным отсосом воздуха из рабочей части. Как известно, при обтекании модели в трансзвуковой рабочей части, а также при получении с дозвуковым соплом чисел М,о б льших 1, некоторое количество газа перетекает через перфорированные стенки в камеру, окружающую рабочую часть. Этот газ может или снова втекать
в основной поток через уступ в конце рабочей части (вариант с автоотсосом), или отсасываться из камеры с помощью специальной системы (вариант с отсосом).
Вариант с уступом намного проще варианта с отсосом, и подавляющее большинство трансзвуковых труб работает по этой схеме. Но вариант трубы с отсосом обладает рядом преимуществ, основные из которых — уменьшение потерь полного давления в трубе и увеличение максимально допустимого угла атаки модели, испытываемой в трубе.
В ЦАГИ в 1982 г. была введена в строй промышленная аэродинамическая труба непрерывного действия Т-128 с диапазоном чисел М от 0,15 до 1,7 и сечением рабочей части 2,75 х 2,75 м. Мощность привода основного компрессора, создающего поток в трубе, равна 100 000 кВт. Суммарная мощность приводов двух компрессоров системы отсоса равна 45 000 кВт.
Поскольку к началу проектирования трубы Т-128 материалов по трубам с отсосом было крайне мало, в ЦАГИ был проведен обширный цикл экспериментальных исследований течения в трубе с отсосом на модели рабочего тракта трубы Т-128. Испытания были проведены
О. В. Лыжиным и З. Г. Пасовой в 1972—1978 гг. Основные результаты этих испытаний приведены в работах [1], [2].
Испытания с отсосом проводились в трубе периодического действия, имеющей независимые друг от друга систему отсоса воздуха из камеры, окружающей рабочую часть, и систему впуска воздуха из газгольдеров в контур трубы в начале диффузора. (В дальнейшем эти системы называются системами отсоса и впуска.)
Упомянутые испытания с отсосом проводились, как правило, при работе только системы отсоса. При использовании результатов этих испытаний для труб непрерывного действия (компрессорного типа) с отсосом, в которых воздух, отсасываемый из рабочей части через систему отсоса, впускается снова в контур трубы через ту же систему, необходимо моделировать работу такой трубы при одновременной работе систем отсоса и впуска и при одинаковых значениях отсасываемого Gотс и впускаемого Gвп расходов воздуха. Поэтому были проведены испытания при одновременной работе систем отсоса и впуска и одинаковых значениях Gотс и Gвп. Они показали, что впуск воздуха в контур трубы практически не влияет на течение в рабочей части трубы
с отсосом. Это позволяет результаты, полученные при работе трубы периодического действия только с отсосом, использовать и для трубы непрерывного действия с отсосом, что дает основание проводить исследования на модели рабочего тракта Т-128 только с системой отсоса. Необходимо отметить, что возможность проводить испытания с отсосом без впуска имеет очень большое практическое значение при проведении эксперимента, так как при одновременной работе систем отсоса и впуска, когда моделируется работа трубы непрерывного действия, необходимо поддерживать во время эксперимента не только значение Мрч, но и равенство
расходов воздуха Gотс и Gвп. А это на практике весьма сложно, поскольку в трубе при отсутствии системы автоматического регулирования параметров потока приходится вручную поддерживать величины, обеспечивающие равенство Gотс и Gвп, используя во время испытаний целую серию вспомогательных графиков. Это в значительной степени усложняет эксперимент, увеличивает время его проведения и, в конечном счете, удорожает эксперимент.
1. На рис. 1 приведена схема аэродинамической трубы, в которой проводились испытания с отсосом. Рабочая часть трубы имеет квадратное сечение с размерами 180 х 180 мм. Труба работает от воздушных баллонов с давлением до 0,9— 1 МПа. Сопла — плоские, сменные. Имеются дозвуковое сопло, условно называемое соплом Мс = 1, и сверхзвуковые сопла. Участок трубы от выходного сечения сопла до выхлопа является моделью рабочего тракта трубы Т-128. Все четыре стенки рабочей части — перфорированные. Настоящие испытания проводились с регулируемой ступенчатой перфорацией, аналогичной перфорации трубы Т-128 (см. рис. 1). Отверстия этой перфорации — прямые, переменного сечения: со стороны потока диаметр отверстий равен
Рис. 1. Аэродинамический контур трубы
4,3 мм, а со стороны камеры — 3,5 мм. Регулирование проницаемости каждой стенки рабочей части осуществляется путем перемещения по ее поверхности со стороны камеры пластины с точно такой же перфорацией, как на наружной стороне стенки. При этом коэффициент проницаемости с, равный отношению площади проходных сечений отверстий к общей площади стенки,
может изменяться от 0 до 20%. Боковые стенки рабочей части установлены параллельно, а верхняя и нижняя — под углом 0°30' для компенсации толщины вытеснения пограничного слоя. За рабочей частью располагается отсек, боковые стенки которого являются продолжением стенок рабочей части. Верхняя и нижняя стенки этого отсека имеют регулируемые створки, которые дают возможность работы трубы как с уступом в конце рабочей части, так и без уступа. При работе без уступа регулируемые створки образуют дозвуковой диффузор с полууглом раствора примерно 3,5°. Настоящие испытания проводились без уступа. За отсеком регулируемых створок располагаются камера смешения, переходник с прямоугольного сечения на круглое и дозвуковой диффузор с полууглом раствора, равным примерно 3°. Рабочая часть окружена камерой, из которой может производиться отсос воздуха с помощью нерегулируемого одноступенчатого сверхзвукового эжектора. Для измерения расхода отсасываемого воздуха в тракте отсоса установлены сменные стандартные мерные сопла. Воздух, отсасываемый из камеры с помощью эжектора, вместе с эжектирующим воздухом, поступающим из газгольдеров, выбрасывается в атмосферу.
В стенках начального участка диффузора имеются регулируемые клапаны впуска, через которые может впускаться воздух в контур трубы. Впуск воздуха производится из газгольдеров через отдельный тракт впуска. Клапаны впуска окружены камерой нагнетания. Устройство клапанов впуска моделирует устройство соответствующих клапанов трубы Т-128.
Для измерения расхода воздуха через систему впуска в тракте впуска установлены сужающиеся (звуковые) мерные сопла.
2. Задачей настоящей статьи было исследование одновременной работы систем отсоса и впуска при различных величинах полного давления впускаемого воздуха />овп. От этого
давления, которое близко к полному давлению за компрессором отсоса, зависит потребная степень сжатия этого компрессора, поскольку полное давление на входе в компрессор определяется статическим давлением в рабочей части трубы. Максимальная величина потребной степени сжатия компрессора отсоса является одной из определяющих величин при выборе этого компрессора из имеющихся или при его проектировании. От степени сжатия компрессора отсоса зависят потребная мощность его привода, а также нагрузки, действующие на клапаны впуска.
Испытания проводились с соплом Мс = 1 при Мрч = 1 и 1,2 и со сверхзвуковыми соплами
с числами М на выходе Мс = 1,46 и 1,70 при Мр ч « Мс без модели в рабочей части.
Значение коэффициента проницаемости панелей с было выбрано равным 12,8% для сопла Мс = 1 и 20% для сверхзвуковых сопл.
На основании предыдущих испытаний были выбраны режимы, соответствующие значениям £отс, близким к оптимальным с точки зрения коэффициента восстановления полного давления
в трубе у = Р^-, где Р0в — полное давление в конце выхлопного диффузора трубы, а р0ф — Роф
полное давление в форкамере.
3. Эксперимент при данном значении Мрч проводился следующим образом: при
установлении одинаковых значений £отс и £вп сначала проводились испытания при
максимальной величине р0в , которое принималось равным полному давлению в форкамере Р0ф.
Это давление существенно больше полного давления потока в месте впуска, поскольку на участке от форкамеры до места впуска имеют место большие потери полного давления. После проведения испытаний при Р0вп = Р0ф испытания проводились при меньших значениях Р0вп,
причем величина р0вп уменьшалась путем раскрытия клапанов впуска вплоть до их полного
открытия, соответствующего р0вптщ — минимальному значению р0вп. Величины р0впт)п
оказались для всех режимов несколько ниже полного давления основного потока в сечении впуска, а для некоторых режи-
мов — практически равными величинам статического давления потока в этом сечении. Минимальные значения р0вп /р0ф даны в таблице:
Мр.ч 1,0 1,2 1,47 1,72
(р0вп/р0ф L 0,90 0,86 0,78 0,67
Таким образом, на исследованных режимах возможно работать при полном давлении впускаемого воздуха, которое на величину до 20 + 30% ниже полного давления в форкамере трубы. Как было сказано выше, использование этого вывода имеет практическое значение при выборе компрессора отсоса для трубы непрерывного действия с отсосом и для повышения экономичности такой трубы.
4. На рис. 2 дана зависимость коэффициента восстановления полного давления в трубе от значения £отс при различных значениях р0вп/р0ф для всех исследованных значений Mрч. Как
показывают приведенные данные, величина р0вп jр0ф на коэффициент v, т. е. на потери полного давления в трубе, практически не влияет. Изменения в величине v (при £отс = const) при различных значениях р0вп / р0ф находятся в пределах точности эксперимента. Не
обнаруживается заметного влияния величины р0вп /р0ф и на распределение давления вдоль стенки рабочей части (рис. 3—6).
0,93 0,92 ■ 0,91
0,90
0,04
0,91 0,90 0,89 0,8:
0,03
V
0,83
0,В2
0,81
о,»о
0,05
0,04
а □ е
д
0,06
0,05
Мрч=1>47
0,02
0,03
0,04
Рис. 5. То же, что на рис. 3, но при Mр ч = 1,47
оез впуска
^ “ То же, что на рис. 3, но при Mр ч = 1,72
Д Р кыи'Р (]ф ^
• РОйП^Роф
0,73 0,72 -0,71
0,70
0,02
Мр,=1,72
0,03
0,04
° без впуска
л Рои//’Оф=0’9
• Р ош/,Р оф“0, 8
• Р Оы/р иф—®:7
Рис. 2. Зависимость коэффициента восстановления полного давления в трубе от значения £отс при различных значениях Ровп/Р0ф для всех исследован-
ных значений M1
Рч
I 2 I
Рис. 3. Распределение давления вдоль стенки рабочей части при Mр ч = 1
г 5
Рис. 4. То же, что на рис. 3, но при Mр ч = 1,2
На рис. 3—6 нанесены наряду с данными для режимов работы с отсосом и впуском результаты испытаний с отсосом без впуска, полученные как ранее, так и при настоящих испытаниях. Сравнение результатов испытаний с впуском и без впуска показывает, что впуск воздуха в контур трубы не оказывает влияния на течение в трубе при работе ее только с отсосом.
ЛИТЕРАТУРА
1. Лыжин О. В., Пасов а З. Г. Экспериментальное исследование расходного диффузора трансзвуковой аэродинамической трубы//Ученые записки ЦАГИ. — 1979. Т. X, № 4.
2. Лыжин О. В., Пасов а З. Г. Экспериментальное исследование потерь полного давления во входном и выходном участках рабочего тракта трансзвуковой трубы с принудительным отсосом воздуха из рабочей части//Ученые записки ЦАГИ. — 2003. Т. XXXIV,
№ 1—2.
Рукопись поступила 9/1Х 2002 г.
