Научный отчет № 5342

Название: Экспериментальное исследование эффективности различных способов теплоподвода в донную область тела вращения. (Заключительный).
Авторы: Боголепов В.В., Ермолаев И.К., Сухановская Л.Д., Анохин М.Д., Немирова Т.А.
Аннотация: Объектом исследований является экспериментальное определение влияния теплоподвода в донную область и в ближний след тела вращения на увеличение донного давления (соответственно, на уменьшение донного сопротивления) за счет использования тепловыделящих элементов (ТВЭЛ) и выяснение механизма воздействия теплоподвода на газодинамические параметры, структуру и характер течения в донной области. Все основные результаты работы получены с использованием современных экспериментальных методик измерения, созданных в лаборатории гиперзвуковой аэродинамики НИИ механики МГУ. Эти методики включают следующие системы измерения и диагностики: 1.Система для измерения давлений малогабаритными датчиками с малым рабочим объемом и высоким быстродействием. 2.Высокоскоростная кино- и видеосъемка процессов обтекания. 3. Система первичных преобразователей информации (ППИ) для измерений и обработки экспериментальных данных с применением новейшей регистрационной аппаратуры и новых компьютерных программ обработки сигналов датчиков давления и цифровой камеры, данные с которой во время эксперимента поступают на систему регистрации и далее обрабатываются с использованием персональных компьютеров. Давление в донной области измерялось с помощью новых датчиков давления, позволяющих, в отличие от ранее применяемых, фиксировать данные эксперимента с существенно большей скоростью. В экспериментальных моделях ТВЭЛ’ов применены новые конструкционные высокотемпературные проводящие материалы, ранее не применяемые для теплоподвода в донную область. Основой конструкции ТВЭЛ’ов являлись карбидкремниевые трубки, позволяющие довести температуру их поверхности до 2200⁰С. Получены зависимости донного давления от температуры (0≤T≤1800⁰С) боковой поверхности конструктивных элементов (ТВЕЛ’ов). Реализация для тел вращения различных конструктивных и газодинамических схем, а также различных типов источников теплоподвода, может обеспечить снижение донного сопротивления от 15 до 60%. Для кормовых отражателей (кормовые отражатели со щелями и со сплошной стенкой, высота h = 50 мм) при одинаковой подводимой мощности устанавливается одинаковая величина увеличения донного давления. Максимальное увеличение ~ до 46% наблюдается при Q = 6.90 10-³. Применение кормового отражателя, без подвода энергии, увеличивает донное давление ~ на 15%. Показано, что модель тела вращения с ТВЭЛ и кормовым отражателем с поперечными воздухозаборными щелями более эффективна, чем с кормовым отражателем со сплошными стенками. Для модели тела вращения с кормовым отражателем и ТВЭЛ’ом с напыленным на его поверхность вольфрамом повышает донное давление до 59%, что обусловлено наличием в донной области тела вращения раскаленных частиц окислов вольфрама. Данные исследования показали также, что существуют резервы снижения донного сопротивления, как за счет совершенствования газодинамических схем, так и за счет улучшения энергетических характеристик ТВЭЛ’ов. Результаты могут быть использованы при разработке новых образцов ракетно-космической техники, а выбор их конструктивной схемы будет зависеть и от круга решаемых прикладных задач, требует дальнейшего изучения данного вопроса.
Год публикации: 2016 г.
Объём: 34 с.
Научный руководитель: Боголепов В.В.
Ключевые слова: сверхзвуковой поток, зона рециркуляции, донное давление, теплоподвод, тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ), высокотемпературная электропроводящая карбидкремниевая керамика, вольфрам, кормовые отражатели.