Модули E20-10 в исследованиях ударно-волновых процессов в гиперзвуковой аэродинамической трубе

Внедрение: 2014 г.

Гиперзвуковая ударная аэродинамическая труба (ГУАТ) была сконструирована в Институте проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН для экспериментальных исследований структуры аэродинамического поля течения около геометрических моделей при сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростях (рисунок 1) [1]. Схематическое изображение установки представлено на рисунке 2.

Рисунок 1. Фотография установки ГУАТ ИПМех РАН.

Рисунок 2. Схематическое изображение установки ГУАТ ИПМех РАН.

В конце камеры низкого давления (КНД) установлен сопловой блок, на входе в который устанавливается алюминиевая диафрагма. Эта диафрагма рвется с прибытием начальной ударной волны, что позволяет потоку расширяться через сопло в секцию ресивера. Испытываемые модели устанавливаются в ресивере и могут быть расположены на выходе из сопла или на некотором расстоянии от него. На установке ГУАТ расположены пьезоэлектрические датчики, которые используются для регистрации ударно-волнового взаимодействия в течение эксперимента. Один датчик помещен в начало камеры высокого давления (КВД), он используется для идентификации волн сжатия/разрежения, приходящих на стенку секции. Другие датчики расположены в середине и в конце КНД и используются для запуска регистрирующего оборудования, для измерения скорости ударной волны, для определения истории изменения давления и ударно-волнового поведения.

Оптическое исследование потока около испытываемых моделей ведется через плоские иллюминаторы. Благодаря настроенному теневому оборудованию (на установке использовались приборы Теплера ИАБ‑451) получали фото и видеоданные о поведение ударных волн и пограничных слоев в исследуемой области (рисунок 3). Для запуска видеокамер использовались датчики давления. Требуемый уровень разрежения в секциях установки достигается путем использования двух турбомолекулярных безмасляных вакуумных насосов. КВД и КНД отделялись с помощью мембранного блока с медной диафрагмой внутри. Для равномерного и быстрого раскрытия диафрагмы использовалась система ножей. КНД и ресивер отделялись тонкой алюминиевой мембраной, которая помещалась во входное отверстие соплового блока.

Рисунок 3. Ударно-волновая структура потока, образующаяся при обтекании моделей двух клиньев с кавернами.

Для регистрации данных с датчиков на установке используются АЦП L‑Card E20‑10. Запись данных с аналоговых входов и управление цифровыми выходами модуля производится с помощью программного обеспечения PowerGraph. Для обеспечения подключения и одновременной работы более четырех датчиков используется три АЦП Е20‑10 и настраивается многомодульная синхронизация с применением соединения “один ведущий – несколько ведомых”. Для реализации трехмодульного соединения АЦП E20‑10 использовалась схема подключения, изображенная на рисунке 4, которая функционирует следующим образом: цифровые входы DI16 всех модулей соединяются между собой и в программном комплексе PowerGraph задается ведущий модуль с помощью общего сигнала START.

Рисунок 4. Схема многомодульного подключения блоков АЦП L‑Card E20‑10.

Ниже приводим некоторые выводы диссертации [1], из которой взяты все приведенные здесь сведения.

Выводы:

1. Создана гиперзвуковая ударная аэродинамическая труба (ГУАТ) ИПМех РАН и разработана технология проведения экспериментов при числах Маха М=3…7. 
2. Получены результаты экспериментального исследования процессов формирования набегающего на модель воздушного потока при числах Маха М=3…7.
3. Приведено описание возможности многорежимного обтекания моделей потоками с разными числами Маха в условиях проведения одного испытания.
4. Определены характеристики набегающего на исследуемую модель потока, генерируемого установкой ГУАТ в зависимости от задаваемой конфигурации начальных параметров.
5. Выполнено измерение поля давлений в рабочей секции установки. Рассмотрены вопросы однородности набегающего потока.

Источник:
Котов М.А. Диссертация на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук «Расчетно-экспериментальные исследования ударно-волновых процессов в гиперзвуковой ударной аэродинамической трубе». – Москва. – 2014. – 194 с.

Разработчик: Котов Михаил Алтаевич (ФГБУН «Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН» (ИПМех РАН)