2 / 13
Расчетно-экспериментальные исследования структуры высокоскоростного потока…
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2017. № 3
19
ческая труба (ГУАТ). Экспериментальные модели выполнены по уменьшенным
(геометрически подобным) моделям фрагментов летательных аппаратов, которые
размещены в рабочем тракте ГУАТ. Часть экспериментов на ГУАТ с моделями в
виде клиньев с кавернами, моделирующими так называемый элемент flameholder,
результаты сравнения расчетов и экспериментов, описаны в работе [1].
В настоящее время экспериментальная установка ГУАТ ИПМех РАН признана
уникальной научной установкой (УНУ) России. Сведения о ГУАТ размещены
на сайте Федерального агентства научных организаций [2]. Показаны устройства
ГУАТ, позволяющие получать гарантированные точность и повторяемость экспе-
риментов. Дана оценка существующей точности измерения параметров.
В настоящей работе приведены результаты исследований расширенного
класса моделей, испытанных на установке ГУАТ: одинарных и двойных по-
луклиньев с острыми и затупленными кромками в различных ориентациях от-
носительно друг друга и сопла установки.
Приведены результаты расчетов аэротермодинамики моделей в условиях,
равноценных экспериментальным. Выполнено сравнение конфигурации удар-
но-волновых взаимодействий на исследуемых моделях, полученных в числен-
ных экспериментах с использованием авторского компьютерного кода, с резуль-
татами экспериментов.
Повышение точности экспериментальных исследований на установке
ГУАТ ИПМех РАН.
Описание экспериментальной установки ГУАТ изложено
в [1]. Применение медных мембран между камерами высокого и низкого давле-
ний (КВД и КНД) не обеспечивало заданного и однозначного давления при ини-
циации начальной ударной волны, что влияло на повторяемость параметров экс-
перимента и его точность. Вместо мембраны установлен быстродействующий
электромагнитный клапан КБ80-50 (время раскрытия 0,002 с), запатентованный в
США [3]. Методика инициации ударной волны заключается в заполнении КВД
толкающим газом до заданного давления, запуске регистрирующей системы и
посыле электрического сигнала на срабатывание клапана (аналог вскрытия мем-
браны). Гарантированная повторяемость заданных параметров позволяет объ-
единить реализации процессов в семейства и соответствовать единым парамет-
рам расчетных и экспериментальных данных.
Покажем, что погрешность задания параметров уменьшается при установке
клапана. Для пьезоэлектрических датчиков PCB динамического давления, приме-
няемых в эксперименте, градуировочная характеристика составляет 0,73 мВ/кПа с
погрешностью чувствительности 15 % диапазона измерений и нестабильностью по
времени
t
= 2 мкс [4]. В процессе экспериментов решалась задача получения семей-
ства данных при одинаковых условиях реализации процессов. Для оценки погреш-
ности измерения датчиков давлений ГУАТ выбран датчик динамического давления,
расположенный в КНД у входа в сопло. Выполнена оценка амплитуды в момент
прихода первичной ударной волны при одинаковых начальных условиях экспери-
мента. Режимы давлений при этом составили: в КВД
р
КВД
≈ 36 ат,
в КНД
р
КНД
≈ 1…100 мбар, в вакуумном блоке (ресивере)
р
рес
≈ 10
–4
мбар.