ИССЛЕДОВАНИЯ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ
В ПЕРСПЕКТИВНЫХ ГИПЕРЗВУКОВЫХ ДВИГАТЕЛЯХ
В АЭРОДИНАМИЧЕСКОЙ ТРУБЕНОВОГО ПОКОЛЕНИЯ

Координатор: д-р техн. наук Харитонов А. М.

Исполнители: ИТПМ, ИГиЛ, ИТ СО РАН

В 1999 г. в ИТПМ создана аэродинамическая труба (АДТ) нового поколения АТ-303 на основе разработанного в ИГиЛ и КТИ ГИТ СО РАН уникального источника рабочего газа с мультипликаторами давления. По совокупности таких параметров как натурные числа Маха и Рейнольдса, чистый рабочий газ, время рабочего режима при постоянных параметрах от 40 до 200 мс она не имеет аналогов в мире. Реализованная в этой установке концепция АДТ нового поколения (высокое давление, умеренные температуры и вытеснение газа из форкамеры) обеспечивает более адекватное моделирование полета перспективных воздушно-космических самолетов.

Расширен диапазон чисел Маха и выполнена метрологическая аттестация качества потока и измерительно-вычислительного комплекса путем детального исследования неоднородности поля скоростей при числах М == 8 ¸  16 как при минимальных, так и при максимальных числах Рейнольдса. Разработана и отлажена система подачи газообразного водорода в модель ГПВРД для испытаний в аэродинамической трубе АТ-303. На рис. 1 показан расчетный диапазон возможностей АТ-303, а звездочками отмечены характерные режимы, на которых были выполнены подробные измерения полей скорости.

Рис. 1. Диапазон возможностей гиперзвуковой аэродинамической трубы АТ-303. D - диаметр среза сопла; L - характерный размер; q - скоростной напор.

Fig. 1. Range of capabilities of the AT-303 hypersonic wind tunnel. D - nozzle exit diameter; L - characteristic of dimensions; q - dynamic pressure.

Полученные результаты показывают, что аэродинамическая труба АТ-303 обеспечивает возможность проведения аэродинамических исследований при натурных числах Рейнольдса во всем диапазоне чисел Маха от 8 до 20.

Модифицирован голографический интерферометр ИЗК-462, что позволяет использовать его и как теневой прибор с полем обзора диаметром 400 мм.

Разработаны и апробированы не имеющие мировых аналогов оригинальные оптические методы цветной визуализации полей оптической плотности, лазерной доплеровской визуализации поля скоростей потоков газовых и конденсированных сред, а также теоретически и экспериментально обоснован предложенный способ визуализации поля вектора скорости в трехмерном ортогональном базисе. на рис. 2 демонстрируются примеры лазерной доплеровской визуализации полей скорости и оптической фазовой плотности.

Рис. 2. Лазерная доплеровская визуализация поля скорости (а) и Гильберт-визуализация поля оптической фазовой плотности (б).

Fig. 2. Laser Doppler visualization of the velocity field (a), Hilbert visualization of the field of optical phase density (б).

Создана новая версия компьютерной программы “Безопасность”, ранее разработанной в ИГиЛ СО РАН, с использованием которой выполнены сравнительные расчеты параметров горения и детонации водорода и ацетилена в широком диапазоне концентраций (в смеси с О2 и воздухом), давлений и температур. Показано, что, в отличие от АТ-303 (с чистым воздухом), в существующих высокоэнтальпийных установках процессы воспламенения горючей смеси моделируются неадекватно. Об этом убедительно свидетельствует зависимость энергии инициирования от температуры (рис. 3).

Рис. 3. Влияние предварительного подогрева воздуха на критическую энергию инициирования сферической детонации водородно-воздушной смеси.

Fig. 3. Effect of air preheating on the energy of initiation of spherical detonation of a hydrogen-air mixture.

Проведена верификация разработанных методов расчета гиперзвуковых нестационарных течений невязкого и вязкого газа при обтекании плоской поверхности со скоростью 6,4 км/c, когда существенную роль играют процессы диссоциации (рис. 4).

Рис. 4. Сравнение расчетов с экспериментальными данными.
Линии ѕ расчет, точки - эксперимент.

Fig. 4. Comparison of calculated and experimental data. Lines ѕ calculation; dots - experiment.

Проведены первые испытания модели ГПВРД с трехмерным воздухозаборником (рис. 5) в аэродинамической трубе АТ-303 при числах Маха М¥ »  8, в диапазоне единичных чисел Рейнольдса от Re1¥  = 2,7×106 до 4,0×107 1/м с горением, когда наблюдался естественный переход пограничного слоя к турбулентному состоянию.

Рис. 5. Распределение давлений на нижней стенке модели ГПВРД.

Fig. 5. Pressure distribution on the lower wall of the scramjet model.

Показано, что распределения давления и тепловых потоков при воспламенении горючего соответствуют режимам течения как с подводом тепла при сверхзвуковой скорости потока, так и с тепловым запиранием.

Список основных публикаций

  1. Kharitonov A. M., Zvegintsev V. I., Fomin V. M., Topchyan M. E., Meshcheriakov A. A., Pinakov V. I. New-Generation Hypersonic Adiabatic Compression Facilities with Pressure Multipliers// Advanced Hypersonic Test Facilities. 2002. p. 583—617.

  2. Belousov P. P., Belousov P. Ya., Dubnishchev Yu. N. Laser Doppler visualization of a 3D velocity field// Optoelectronics, Instrumentation, and Data Processing. 2001. N 5. p. 1—8.

  3. Белоусов П. П., Белоусов П. Я., Дубнищев Ю. Н. Лазерная доплеровская визуализация поля скоростей в закрученном потоке Ранка// Письма в ЖТФ. 2002. т. 28, № 16. с. 6—11.

  4. Arbuzov V. A., Dubnishchev Yu. N. The Hilbert-optics methods for visualization of optical phase density// Laser Metrology Applied to Science, Industry, and Everyday Life, SPIE. 2002. vol. 4900, p. 2. p. 1184—1186.

  5. Dubnishchev Yu. N., Belousov P. P., Belousov P. Ya. Method of the laser Doppler visualization for a velocity field in flows// Ibid. p. 1147—1154.

  6. Dubnishchev Yu. N. Advanced optical methods for diagnosis of flows// Ibid. p. 1130—1139.

  Оглавление Далее