Разработка методики и проектирование устройства для определения числа Маха сверхзвукового потока
Автор: Козлов В.С., Кольга В.В., Волкова Я.Я.
Журнал: Сибирский аэрокосмический журнал @vestnik-sibsau
Рубрика: Авиационная и ракетно-космическая техника
Статья в выпуске: 3 т.25, 2024 года.
Бесплатный доступ
В работе представлена разработанная методика и спроектировано устройство для определения числа Маха при сверхзвуковом истечении газа. Проведен анализ различных методов определения числа Маха, в том числе, измерение давления на границе потока, применение скачков уплотнения, использование оптических методов. Проведено сравнение точности показаний при использовании рассмотренных методов. На основе полученных результатов разработана методика высокоточного определения числа Маха, включающая комбинацию нескольких независимых методов измерения. Спроектировано устройство, реализующее данную методику измерения, и рассмотрены результаты экспериментальных испытаний в аэродинамической трубе, включая показания приборов, графики и таблицы, подтверждающие точность и достоверность полученных данных. Проанализирована их точность и достоверность. С помощью проведенного анализа можно обеспечить выбор наиболее рационального метода определения числа Маха на начальном этапе проектирования летательных аппаратов, таких как самолеты, ракеты, истребители, БПЛА. Точное знание числа Маха позволяет инженерам оптимизировать аэродинамические характеристики аппарата, обеспечить безопасность полета, повысить эффективность двигателей и общую производительность воздушного транспорта. Кроме того, число Маха является важнейшим критерием подобия при моделировании в аэродинамических исследованиях, что делает разработанную методику и устройство актуальными не только для конструирования летательных аппаратов, но и для широкого спектра научных и инженерных исследований в области авиаракетной техники. Подчеркивается, что наличие надежной методики определения числа Маха позволяет существенно сократить время и ресурсы, затрачиваемые на тестирование и совершенствование летательных аппаратов, а также способствует развитию инновационных технологий в области авиации и космонавтики.
Число маха, сверхзвуковой поток, определение числа маха, методика измерения, устройство для измерения
Короткий адрес: https://sciup.org/148330560
IDR: 148330560 | УДК: 533.6 | DOI: 10.31772/2712-8970-2024-25-3-296-310
Development of a methodology and design of a device for determining the Mach number of a supersonic flow
The paper presents the developed methodology and designed a device for determining the Mach number during supersonic gas outflow. An analysis of various methods for determining the Mach number was carried out, including measuring the pressure at the flow boundary, the use of shock waves, and the use of optical methods. A comparison was made of the accuracy of the readings when using the considered methods. Based on the results obtained, a technique for high-precision determination of the Mach number has been developed, including a combination of several independent measurement methods. A device has been designed that implements this measurement technique, and the results of experimental tests in a wind tunnel have been reviewed, including instrument readings, graphs and tables confirming the accuracy and reliability of the data obtained. Their accuracy and reliability are analyzed. Using the analysis, it is possible to ensure the selection of the most rational method for determining the Mach number at the initial stage of designing aircraft, such as airplanes, missiles, fighters, and UAVs. Accurate knowledge of the Mach number allows engineers to optimize the aerodynamic characteristics of the aircraft, ensure flight safety, improve engine efficiency and overall air transport performance. In addition, the Mach number is the most important criterion of similarity when modeling in aerodynamic research, which makes the developed methodology and device relevant not only for the design of aircraft, but also for a wide range of scientific and engineering research in the field of aeronautical technology. It is emphasized that the presence of a reliable method for determining the Mach number can significantly reduce the time and resources spent on testing and improving aircraft, and also contributes to the development of innovative technologies in the field of aviation and astronautics.
Список литературы Разработка методики и проектирование устройства для определения числа Маха сверхзвукового потока
- Бутенко В. А., Рылов Ю. П., Чиков В. П. Экспериментальное исследование характеристик малоразмерных сопел // Известия Российской академии наук. Механика жидкости и газа. 1976. № 6. С. 137–140.
- Воронин С. Т. Численное моделирование сверхзвукового потока газов в коническом сопле с локальным нагревом плазмой и результаты экспериментов // Сибирский аэрокосмический журнал. 2023. Т. 24, № 1. С. 309–324. DOI: 10.31772/2712-8970-2023-24-2-309-324.
- Ртищева А. С. Газодинамическое проектирование и численное исследование сверхзвукового контура аэродинамической трубы // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2021. № 1 (136). С. 68–84. DOI: 10.18698/0236-3941-2021-1-68-84.
- Ротэрмель А. Р., Яшков С. А., Шевченко В. И. Экспериментальное исследование аэродинамических характеристик летательного аппарата в сверхзвуковой аэродинамической труб СТ-3 с использованием программно-аппаратных комплексов // Труды МАИ. 2021. № 119. DOI: 10.34759/trd-2021-119-06.
- Ротэрмель А. Р., Шевченко В. Н., Лизан В. М. Модернизация части аэродинамической трубы для проведения тензометрических измерений аэродинамических сил в сверхзвуковом потоке // Труды МАИ. 2022. № 127. DOI: 10.34759/trd-2022-127-08.
- Экспериментальное исследование аэродинамических характеристик беспилотного летательного аппарата / Н. П. Савищенко, И. В. Апевалов, И. А. Дёма, А. С. Попов // Известия Тул-ГУ. Технические науки. 2020. № 2. С. 143–150.
- Павловский А. А., Солдаткин В. В., Солдаткин В. М. Оценка разброса аэродинамических характеристик многофункционального приемника воздушного давления // Изв. вузов. Приборостроение. 2022. Т. 65, № 6. С. 398–405. DOI: 10.17586/0021-3454-2022-65-6-398-405.
- Разработка математической модели течения газа для градуированного стенда приемников полного и статического давления / А. А. Версин, А. М. Молчанов, В. П. Монахова, В. А. Астафьев // Омский научный вестник. 2022. № 3 (183). С. 117–121. DOI: 10.25206/1813-8225-2022-183-117-121.
- Нгуен Т. Т., Сбоев Д. С., Ткаченко В. В. Измерительный комплекс аэродинамической трубы малых скоростей АТ-3 Центра по аэромеханике и летательной технике МФТИ // Труды МФТИ. 2020. Т. 12, № 2. С. 161–176.
- Вершинин И. Д., Коваленко А. Н., Небурчилов С. А. Математическая модель приемника для определения числа Маха и направления скорости потока // Ученые записки ЦАГИ. 1986. Т. XVII, № 6. С. 116–121.
- Петунин А. Н., Пономарев Л. Ф. Приемник полного и статического давлений с аэродинамической компенсацией для определения числа Маха при больших дозвуковых и сверхзвуковых скоростях потока // Ученые записки ЦАГИ. 1999. Т. ХХХ, № 1–2. С. 84–87.
- Патент № SU1471859A1 Российская Федерация МПК GO1P5100. Устройство для определения числа Маха на летательном аппарате / Климов А. С., Симакова Н. Р и др. ; заявл. 07.13.1987 ; опубл. 06.10.2005 ; бюл. № 16.
- Ерашов Г. Ф., Козлов В. С. Лабораторный практикум по аэрогазодинамике сверхзвуковых скоростей. Красноярск, 2005. 67 с.
- Дроздов С. М., Ртищева А. С. Численное моделирование течения воздуха в тракте сверхзвуковой аэродинамической трубы // Современные проблемы теплофизики и энергетики: мат. Междунар. конф. 2017. Т. 1. С. 131–132.
- Максимов А. Д., Шустов С. А. Об эффективности использования приближения Навье – Стокса в термогазодинамическом расчете жидкостного ракетного двигателя малой тяги при низких числах Рейнольдса // Вестник Самарского ун-та. Аэродинамическая техника, технологии и машиностроение. 2022. Т. 21, № 1. С. 67–80. DOI: 10.18287/2541-7533-2022-21-1-67-80.
