Сравнивайте с английским: нажмите на абзац — оригинал откроется в окне. Кнопка EN под абзацем показывает его прямо в тексте.
Содержание
Введение
Гиперзвуковая аэродинамическая труба предназначена для создания гиперзвукового поля течения в рабочей секции, тем самым имитируя типичные особенности течения этого режима, включая скачки уплотнения и выраженные эффекты пограничного слоя, энтропийный слой и зоны вязкого взаимодействия, и, что наиболее важно, высокие общие температуры течения. Скорость в этих трубах варьируется от 5 до 15 Махов. Потребляемая мощность аэродинамической трубы увеличивается линейно с ее поперечным сечением и плотностью потока, но кубически – с требуемой скоростью испытаний. Следовательно, установка непрерывной, замкнутой аэродинамической трубы остается дорогостоящим мероприятием. Первый непрерывный аэродинамический туннель со скоростью 7-10 Махов и испытательной секцией 1x1 м был запланирован в Кохель-ам-Зее, Германия, во время Второй мировой войны и, наконец, введен в эксплуатацию как «Туннель А» в конце 1950-х годов в AEDC Tullahoma, TN, США, с установленной мощностью 57 МВт. Ввиду этих высоких требований к оборудованию, также проектируются и устанавливаются периодически работающие экспериментальные установки, такие как аэродинамические трубы с разгоном потока, для имитации гиперзвукового течения. Гиперзвуковая аэродинамическая труба в направлении потока состоит из основных компонентов: устройств нагрева/охлаждения, осушителя, сужающегося/расширяющегося сопла, испытательной секции, второго сужения и диффузора. Аэродинамическая труба с разгоном потока имеет вакуумный резервуар низкого давления на заднем конце, в то время как в непрерывно работающей, замкнутой аэродинамической трубе вместо этого устанавливается мощный компрессор. Поскольку температура падает при расширении потока, воздух в испытательной секции может сжижаться. Поэтому предварительный нагрев особенно важен (сопло может потребовать охлаждения).
A hypersonic wind tunnel is designed to generate a hypersonic flow field in the working section, thus simulating the typical flow features of this flow regime including compression shocks and pronounced boundary layer effects, entropy layer and viscous interaction zones and most importantly high total temperatures of the flow. The speed of these tunnels vary from Mach 5 to 15. The power requirement of a wind tunnel increases linearly with its cross section and flow density, but cubically with the test velocity required. Hence installation of a continuous, closed circuit wind tunnel remains a costly affair. The first continuous Mach 7 10 wind tunnel with 1x1 m test section was planned at Kochel am See, Germany during WW II and finally put into operation as 'Tunnel A' in the late 1950s at AEDC Tullahoma, TN, USA for an installed power of 57 MW. In view of these high facility demands, also intermittently operated experimental facilities like blow down wind tunnels are designed and installed to simulate the hypersonic flow. A hypersonic wind tunnel comprises in flow direction the main components: heater/cooler arrangements, dryer, convergent/divergent nozzle, test section, second throat and diffuser. A blow down wind tunnel has a low vacuum reservoir at the back end, while a continuously operated, closed circuit wind tunnel has a high power compressor installation instead. Since the temperature drops with the expanding flow, the air inside the test section has the chance of becoming liquefied. For that reason, preheating is particularly critical (the nozzle may require cooling).
Горячая вентиляционная труба
Одна из форм HWT известна как туннель с пушкой или туннель с горячим выстрелом (до M = 27), который может использоваться для анализа обтекания баллистических ракет, космических аппаратов при входе в атмосферу, а также для изучения физики плазмы или теплопередачи при высоких температурах. Он работает прерывисто, но имеет очень малое время работы (менее секунды). Принцип работы основан на создании газа высокой температуры и давления (воздуха или азота) в дуговой камере и поддержании почти полного вакуума в остальной части туннеля. Давление в дуговой камере может достигать нескольких МПа, а в вакуумной камере – всего 0,1 Па. Это означает, что отношение давлений в таких туннелях составляет около 10 миллионов. Температура горячего газа может достигать 5000 К. Дуговая камера устанавливается в стволе пушки. Газ высокого давления отделен от вакуума диафрагмой. Перед началом испытания мембрана отделяет сжатый газ от казенной части ствола. Для прорыва мембраны используется винтовка (или аналогичное устройство). Сжатый газ устремляется в казенную часть ствола, разгоняя небольшой снаряд по стволу с высокой скоростью. Хотя снаряд не покидает ствол, газ перед ним выходит в рабочую секцию с гиперзвуковой скоростью. Естественно, длительность испытания крайне мала, поэтому для получения полезных данных требуется высокоскоростная измерительная аппаратура.
One form of HWT is known as a Gun Tunnel or hot shot tunnel (up to M=27), which can be used for analysis of flows past ballistic missiles, space vehicles in atmospheric entry, and plasma physics or heat transfer at high temperatures. It runs intermittently, but has a very low running time (less than a second). The method of operation is based on a high temperature and pressurized gas (air or nitrogen) produced in an arc chamber, and a near vacuum in the remaining part of the tunnel. The arc chamber can reach several MPa, while pressures in the vacuum chamber can be as low as 0.1 Pa. This means that the pressure ratios of these tunnels are in the order of 10 million. Also, the temperatures of the hot gas are up to 5000 K. The arc chamber is mounted in the gun barrel. The high pressure gas is separated from the vacuum by a diaphragm. Prior to a test run commencing, a membrane separates the compressed air from the gun barrel breech. A rifle (or similar) is used to rupture the membrane. Compressed air rushes into the breech of the gun barrel, forcing a small projectile to accelerate rapidly down the barrel. Although the projectile is prevented from leaving the barrel, the air in front of the projectile emerges at hypersonic velocity into the working section. Naturally the duration of the test is extremely brief, so high speed instrumentation is required to get any meaningful data.
Гиперзвуковой ветровой туннель в Индии
Индийская организация космических исследований (ISRO) ввела в эксплуатацию три крупных комплекса: гиперзвуковой аэродинамический туннель, ударный туннель и плазменный туннель, расположенные в космическом центре Викрама Сарабхая. Это было сделано в рамках непрерывных и целенаправленных усилий по снижению стоимости доступа в космос. Этот объединенный комплекс был назван комплексом аэродинамических туннелей имени Сатиша Дхавана в знак признания значительного вклада профессора Сатиша Дхавана в область аэродинамических туннелей и аэродинамики. Председатель ISRO А. С. Киран Кумар заявил, что ввод в эксплуатацию подобных комплексов обеспечит необходимые данные для проектирования и разработки современных и перспективных космических транспортных систем Индии. 20 декабря 2020 года Организация оборонных исследований и разработок (DRDO) ввела в эксплуатацию передовой испытательный комплекс гиперзвукового аэродинамического туннеля (HWT) на ракетном комплексе доктора А.П.Дж. Абдула Калама в рамках программы развития комплексов для проекта демонстратора гиперзвуковой технологии.
The Indian Space Research Organization (ISRO) commissioned three major facilities, namely a Hypersonic Wind Tunnel, a Shock Tunnel and a Plasma Tunnel at Vikram Sarabhai Space Center as part of its continuous and concerted efforts to minimize cost of access into space. This integrated facility was named as Satish Dhawan Wind Tunnel Complex as a tribute to Prof. Satish Dhawan, who has made very significant contributions in the field of wind tunnels and aerodynamics. ISRO Chairman A. S. Kiran Kumar said commissioning of such facilities would provide adequate data for design and development of current and future space transportation systems in India. Defence Research and Development Organisation (DRDO) commissioned an advanced Hypersonic Wind Tunnel (HWT) test facility at Dr APJ Abdul Kalam Missile Complex on 20 December 2020 as part of facility development programme for Hypersonic Technology Demonstrator Vehicle project.
MARHy, гиперзвуковой ветровой туннель в Орлеане, Франция
Гиперзвуковой аэродинамический туннель MARHy с низкой плотностью, расположенный в лаборатории ICARE в Орлеане (Франция), – это научно-исследовательский комплекс, широко используемый для фундаментальных и прикладных исследований гидродинамических явлений в разреженных сжимаемых потоках, применяемых в космических исследованиях. Название MARHy является акронимом от Mach Adaptable Rarefied Hypersonic, и туннель зарегистрирован под этим названием в европейском реестре MERIL.
The MARHy Hypersonic low density Wind Tunnel, located at the ICARE Laboratory in Orléans, France, is a research facility used extensively for fundamental and applied research of fluid dynamic phenomena in rarefied compressible flows, applied to space research. Its name is an acronym for Mach Adaptable Rarefied Hypersonic and the wind tunnel is recorded under this name under the European portal MERIL.