RU118432U1

RU118432U1 - RESEARCH AERODYNAMIC INSTALLATION

Info

Publication number: RU118432U1
Application number: RU2011151454/28U
Authority: RU
Inventors: Антон Алексеевич Матушкин; Вадим Васильевич Терентьев
Priority date: 2011-12-19
Filing date: 2011-12-19
Publication date: 2012-07-20

Abstract

1. Исследовательская аэродинамическая установка, содержащая аэродинамическую трубу с рабочей камерой, которая снабжена люком, закрытым съемным стеклом, для монтажа исследуемого объекта и измерительные зонды, соединенные с системой сбора результатов измерений, отличающаяся тем, что внутри рабочей камеры размещен модуль, состоящий из основания с закрепленной на нем стойкой, сменного элемента в виде пластины с каналами, имитирующими исследуемые модели, и двух стыкуемых пластин, в одной из которых выполнено отверстие, конфигурация которого соответствует внешней конфигурации сменного элемента, при этом в другой пластине, основании и стойке выполнены каналы для подвода вторичного газа и размещения измерительных зондов. ! 2. Исследовательская аэродинамическая установка по п.1, отличающаяся тем, что рабочая камера снабжена дополнительным люком, закрытым съемным стеклом, размещенным напротив первого люка, и блоками визуализации газодинамических потоков, размещенными соответственно напротив люков. 1. Research aerodynamic installation containing a wind tunnel with a working chamber, which is equipped with a hatch closed by a removable glass, for mounting the object under study and measuring probes connected to a system for collecting measurement results, characterized in that a module is placed inside the working chamber, consisting of a base with a stand fixed on it, a replaceable element in the form of a plate with channels simulating the models under study, and two abutting plates, in one of which there is a hole, the configuration of which corresponds to the external configuration of the replaceable element, while in the other plate, base and stand there are channels for supply secondary gas and placement of measuring probes. ! 2. Research aerodynamic installation according to claim 1, characterized in that the working chamber is equipped with an additional hatch closed by removable glass located opposite the first hatch, and units for visualization of gas-dynamic flows, respectively, located opposite the hatches.

Description

Полезная модель относится к экспериментальной газодинамике, в частности к средствам, обеспечивающим экспериментальные исследования вариантов моделей смешивания основного и вторичного потоков газа (воздуха) в аэродинамической трубе, таких как системы пленочного охлаждения турбинных лопаток воздушно-реактивных двигателей, топливные форсунки, макеты сопловых каналов и др.The utility model relates to experimental gas dynamics, in particular, to means providing experimental studies of variants of mixing models of the main and secondary gas (air) flows in a wind tunnel, such as film cooling systems for turbine blades of jet engines, fuel nozzles, models of nozzle channels, etc. .

Известны различные исследовательские установки, основанные на использовании аэродинамических труб, предназначенные для измерения скорости, давления, температуры в различных точках газодинамического потока (патент «Измерительная аэродинамическая установка», RU 86751 U1), в том числе пограничного слоя (патент «Устройство для измерения характеристик течения в пограничном слое и способ его работы», RU 2382367 С1). В указанных установках возможно размещение испытываемых моделей: пластин, лопаток, форсунок, решеток, каналов и др. для исследования течения газового потока и его влияния на модель.There are various research installations based on the use of wind tunnels designed to measure speed, pressure, temperature at various points of a gas-dynamic flow (patent "Measuring aerodynamic installation", RU 86751 U1), including the boundary layer (patent "Device for measuring flow characteristics in the boundary layer and the way it works ", RU 2382367 C1). In these installations, it is possible to place the tested models: plates, blades, nozzles, gratings, channels, etc. to study the gas flow and its effect on the model.

К недостаткам известных установок следует отнести необходимость длительной подготовки установки к проведению экспериментов - требуется проводить препарацию каждой исследуемой модели, устанавливать на нее датчики, формировать каналы для снятия показаний от датчиков и для подвода вторичного потока газа, разрабатывать конструкцию закрепления модели в аэродинамической трубе и т.п. Так же недостатком является необходимость выдерживать высокую точность препарации каждой модели для обеспечения повторяемости и уменьшения погрешности измерений при серии экспериментов с различными вариантами однотипных моделей.The disadvantages of the known installations include the need for long-term preparation of the installation for carrying out experiments - it is necessary to prepare each studied model, install sensors on it, form channels for taking readings from sensors and for supplying a secondary gas flow, develop a design for fixing the model in a wind tunnel, etc. P. Another drawback is the need to withstand the high accuracy of preparation of each model to ensure repeatability and reduce measurement error in a series of experiments with various versions of the same models.

Целью полезной модели является разработка конструкции исследовательской аэродинамической установки, обеспечивающей снижение трудоемкости и времени установки и подготовки модели к исследованиям и повышающей повторяемость и точность серийного эксперимента.The purpose of the utility model is to develop the design of a research aerodynamic installation, which reduces the complexity and time of installation and preparation of the model for research and increases the repeatability and accuracy of a serial experiment.

Поставленная задача достигается тем, что в исследовательской аэродинамической установке, содержащей аэродинамическую трубу с рабочей камерой, которая снабжена люком, закрытым съемным стеклом, для монтажа исследуемого объекта и измерительные зонды, соединенные с системой сбора результатов измерений, согласно заявляемой полезной модели, внутри рабочей камеры размещен модуль, состоящий из основания с закрепленной на нем стойкой, сменного элемента с каналами, имитирующего исследуемые модели, и двух стыкуемых пластин, в которых выполнены полости, конфигурация которых соответствует размерам внешней конфигурации сменного элемента, при этом в пластинах, основании и стойке выполнены каналы для подвода вторичного газа и размещения измерительных зондов.The problem is achieved in that in a research aerodynamic installation containing a wind tunnel with a working chamber, which is equipped with a hatch, a closed removable glass for mounting the test object and measuring probes connected to a system for collecting measurement results, according to the claimed utility model, is placed inside the working chamber a module consisting of a base with a stand fixed on it, a replaceable element with channels simulating the models under study, and two mating plates in which cavities, the configuration of which corresponds to the dimensions of the external configuration of the replaceable element, while channels, for supplying secondary gas and placing measuring probes, are made in the plates, base and rack.

Поставленная задача также достигается тем, что рабочая камера снабжена дополнительным люком, закрытым съемным стеклом, размещенным напротив первого люка и блоками визуализации газодинамических потоков, размещенными соответственно напротив люков.The task is also achieved by the fact that the working chamber is equipped with an additional hatch, a closed removable glass, located opposite the first hatch and visualization units of gas-dynamic flows, located respectively opposite the hatches.

Полезная модель поясняется чертежами.The utility model is illustrated by drawings.

На фиг.1 показан общий вид установки сбоку; на фиг.2 - показан общий вид установки сверху; на фиг.3 показана конструкция сменного элемента; на фиг.4 - возможные конструкции сменного модуля.Figure 1 shows a General view of the installation from the side; figure 2 - shows a General view of the installation from above; figure 3 shows the design of the replaceable element; figure 4 - possible design of a removable module.

Исследовательская аэродинамическая установка, содержит аэродинамическую трубу 1 с рабочей камерой 2, которая снабжена люком 3, закрытым съемным стеклом, для монтажа исследуемого объекта, позволяющим закреплять и оперативно заменять исследуемый объект, не нарушая при этом подводы датчиков и вторичного потока газа, измерительные зонды 4, соединенные с системой сбора 5 результатов измерений, внутри рабочей камеры 2 размещен модуль, состоящий из основания 6 с закрепленной на нем стойкой 7, сменного элемента 8, в виде пластины с каналами, имитирующими исследуемые модели, и двух стыкуемых пластин 10, 11, в одной из которых, например, в пластине 10, выполнено отверстие 12, для размещения в нем сменного элемента 8 - в виде пластины, причем, размеры и конфигурация отверстия 12 соответствуют размерам и внешней конфигурации сменного элемента 8, при этом в другой пластине 11, основании 6 и стойке 7 выполнены каналы 13 для подвода вторичного газа и каналы 14 для размещения измерительных зондов 4 для замера характеристик потока. Рабочая камера 2 снабжена также дополнительным люком 15, закрытым съемным стеклом, размещенным напротив первого люка 3 и блоками визуализации 16, 17 газодинамических потоков, размещенными соответственно напротив люков 3 и 15.The research aerodynamic installation contains a wind tunnel 1 with a working chamber 2, which is equipped with a hatch 3, a closed removable glass, for mounting the test object, which allows fixing and quickly replacing the test object, without disturbing the supply of sensors and the secondary gas flow, measuring probes 4, connected to the collection system 5 of measurement results, inside the working chamber 2 there is a module consisting of a base 6 with a stand 7 fixed on it, a replaceable element 8, in the form of a plate with channels, imitating the models being studied, and two mating plates 10, 11, in one of which, for example, in the plate 10, a hole 12 is made, for placement of the replaceable element 8 therein, in the form of a plate, moreover, the dimensions and configuration of the hole 12 correspond to the dimensions and the external the configuration of the replaceable element 8, while in another plate 11, the base 6 and the rack 7 are made channels 13 for supplying secondary gas and channels 14 for placing the measuring probes 4 for measuring flow characteristics. The working chamber 2 is also equipped with an additional hatch 15, a closed removable glass placed opposite the first hatch 3 and visualization units 16, 17 of the gas-dynamic flows, located respectively opposite the hatches 3 and 15.

Установка работает следующим образом:Installation works as follows:

В рабочую камеру 2, через люк 3, предварительно демонтировав стекло, устанавливается модуль с сменным элементом 8 и люк 3 закрывается стеклом. Проводится подключение блоков визуализации 16, 17 газодинамических потоков, например, прибора Тепплера, оптического теневого прибора ИАБ-451 или высокоскоростной цифровой видеокамеры. Датчики, например статического давления и зонды 4 подключаются к системе сбора 5 результатов измерений, например, к шасси аналого-цифрового преобразователя PXI National Instruments, связанного с системой LabView. Проводится подключение модуля к источнику вторичного потока газа (на чертеже не показан).In the working chamber 2, through the hatch 3, having previously dismantled the glass, a module with a replaceable element 8 is installed and the hatch 3 is closed by the glass. The visualization units 16, 17 of gas-dynamic flows are connected, for example, the Teppler device, the optical shadow device IAB-451 or a high-speed digital video camera. Sensors, such as static pressure and probes 4, are connected to a collection system 5 of measurement results, for example, to the chassis of the PXI National Instruments analog-to-digital converter associated with the LabView system. The module is connected to the source of the secondary gas stream (not shown in the drawing).

При запуске аэродинамической трубы основной поток на поверхности модели смешивается с вторичным, образуя исследуемые вихри, параметры которых фиксируются системой сбора 5 результатов измерений и блоками визуализации 16, 17, запоминаются на компьютере и подлежат дальнейшей обработке.When the wind tunnel starts, the main stream on the model surface mixes with the secondary one, forming the studied vortices, the parameters of which are recorded by the system of collecting 5 measurement results and visualization units 16, 17, are stored on a computer and must be further processed.

По окончании эксперимента, после выключения трубы, демонтируется стекло люка 3, в рабочей зоне разъединяются пластины 10 и 11, съемный элемент 8 заменяется на следующую исследуемую конфигурацию, пластины 10 и 11 соединяются и после монтажа на место стекла люка 3 установка готова к следующему запуску.At the end of the experiment, after turning off the pipe, the glass of the hatch 3 is dismantled, the plates 10 and 11 are disconnected in the working area, the removable element 8 is replaced with the next test configuration, the plates 10 and 11 are connected and after installation in place of the glass of the hatch 3, the installation is ready for the next start.

На фиг.4 приведены примеры съемных элементов 8, имеющих отверстия типа Fan-shapes и типа Anti-vortex для исследования конструктивных схем пленочного охлаждения лопаток турбины. При испытаниях на моделях исследуются свойства «охлаждающего» вторичного потока воздуха для вариантов перфорации, отличающихся: углом расположения канала охлаждения относительно наружной поверхности пластины; формой канала охлаждения; диаметральными размерами канала; ориентацией выходного сечения относительно направления скорости потока газа, обтекающего пластину; шагом расположения выходных отверстий друг относительно друга; взаимным расположением отверстий в близлежащих рядах. Сменные элементы 8 и каналы 9 в них могут быть изготовлены в форме, например, турбинных лопаток методами быстрого прототипирования, аддитивными технологиями. Существующие аддитивные технологии позволяют изготавливать каналы пленочного охлаждения в лопатках индивидуально, с произвольной ориентацией относительно оси двигателя, поэтому в задачу проектирования входит нахождение наиболее оптимального варианта конструкции пленочного охлаждения, удовлетворяющего требованиям газодинамики, прочности, ресурса и надежности и его экспериментальное подтверждение. Аналогичные задачи могут быть решены на предлагаемой установке при исследовании форсуночных узлов, сопловых каналов и др.Figure 4 shows examples of removable elements 8 having openings of type Fan-shapes and type Anti-vortex for studying structural schemes for film cooling of turbine blades. When testing on models, the properties of the “cooling” secondary air flow are studied for perforation options that differ: the angle of the cooling channel relative to the outer surface of the plate; the shape of the cooling channel; diametral dimensions of the channel; the orientation of the output section relative to the direction of the gas flow velocity flowing around the plate; the pitch of the outlet openings relative to each other; mutual arrangement of openings in nearby rows. Replaceable elements 8 and channels 9 in them can be made in the form of, for example, turbine blades by rapid prototyping methods, additive technologies. Existing additive technologies make it possible to produce film cooling channels in the blades individually, with an arbitrary orientation relative to the axis of the engine, therefore, the design task is to find the most optimal film cooling design that meets the requirements of gas dynamics, strength, resource and reliability and its experimental confirmation. Similar problems can be solved on the proposed installation in the study of nozzle assemblies, nozzle channels, etc.

Таким образом, предлагаемая конструкция установки позволяет провести значительную серию испытаний в течение одного рабочего дня, при единократном запуске компрессора аэродинамической трубы за счет быстрой модификации исследуемой конфигурации каналов 9. В связи с тем, что все датчики устанавливаются на неизменной части модуля и установки, уменьшается зависимость от погрешностей, связанных с перенастройкой блоков визуализации 16, 17 газодинамических потоков и системы сбора 5 результатов измерений, а так же, за счет того, что вариативная часть модуля - сменные элементы 8 - целесообразно изготавливать по единому технологическому процессу под неизменную часть модели: стойку 7, пластины 10 и 11, будет повышаться точность, повторяемость и достоверность эксперимента, зависящая от изменяемых параметров исследования - от геометрических параметров моделей и параметров газовых потоков.Thus, the proposed design of the installation allows you to conduct a significant series of tests within one working day, with a single start of the wind tunnel compressor due to the quick modification of the studied configuration of the channels 9. Due to the fact that all the sensors are installed on an unchanged part of the module and installation, the dependence is reduced from errors associated with the reconfiguration of the visualization units 16, 17 of the gas-dynamic flows and the collection system of 5 measurement results, as well as due to the fact that the variable frequency The modulus of the module — interchangeable elements 8 — is expediently manufactured according to a single technological process for the invariable part of the model: rack 7, plates 10 and 11, the accuracy, repeatability and reliability of the experiment will increase, depending on the variable parameters of the study - on the geometric parameters of the models and gas flow parameters.

Claims

1. Research aerodynamic installation, containing a wind tunnel with a working chamber, which is equipped with a hatch closed by a removable glass for mounting the test object and measuring probes connected to a system for collecting measurement results, characterized in that a module consisting of a base is placed inside the working chamber fixed on it by a stand, replaceable element in the form of a plate with channels imitating the studied models, and two joined plates, in one of which a hole is made, the configuration of which It corresponds to the outer configuration of the interchangeable member, while in the other plate, the base and the rack has channels for supplying the secondary gas and placing measurement probes.

2. The research aerodynamic installation according to claim 1, characterized in that the working chamber is equipped with an additional hatch, a closed removable glass placed opposite the first hatch, and gas-dynamic flow visualization blocks placed respectively opposite the hatches.