Дипломная работа (бакалавр/специалист) на тему Разработка устройства и методики определения осевой составляющей газодинамических сил при истечении газа через сверхзвуковое сопло

Содержание:

Введение. 3

1 Обзор литературы по теме
исследования. Обзор аналогов и прототипов прибора  4

1.1 Принципы определения осевой
составляющей газодинамических сил при истечении газа через сопло. 4

1.2 Типы
устройств, позволяющих определить осевую составляющую.. 11

1.3 Патентный
поиск аналогов и прототипов. 19

2 Разработка
устройства определения осевой составляющей газодинамических сил  26

2.1 Выбор
методики определения осевой составляющей. 26

2.2
Разработка структуры устройства. 29

2.3 Оценка
совершенства сопла. 38

Заключение. 44

Библиография. 46

Введение:

Актуальность темы. Осевая составляющая газодинамических сил при истечении
газа через сверхзвуковое сопло являются одним из наиболее важных
параметров. Было проведено множество исследований, чтобы проиллюстрировать
влияние этого параметра как на качество работы системы, так и на ее возможности. Однако
большинство этих методик определения теоретические и имеют относительно большие
погрешности [1-4].  В
настоящее время в связи с развитием элементной базы актуальным направлением
исследований становится совершенствование методик и приборов для определения
осевой составляющей газодинамических сил при истечении газа через сверхзвуковое
сопло.

Целью
написания выпускной квалификационной работы является разработка устройства и
методики определения осевой составляющей газодинамических сил при истечении
газа через сверхзвуковое сопло.

При
написании работы были поставлены следующие задачи:

1. Выполнить обзор
литературы по теме исследования. Изучить аналоги и прототипы прибора для
измерения осевой составляющей газодинамических сил при истечении газа через сверхзвуковое сопло;

2. Выполнить разработку
устройства для определения осевой составляющей газодинамических сил;

3. Выполнить расчет
составляющих частей конструкции.

Объектом исследования
выпускной квалификационной работы является процесс измерения осевой составляющей газодинамических сил при истечении
газа через сверхзвуковое сопло.

Предметом
исследования работы является прибор для измерения осевой составляющей
газодинамических сил.

Научная
новизна работы заключается в систематизации методик определения осевой
составляющей газодинамических сил, а также разработке прибора, который построен
на современной элементной базе.

Фрагмент текста работы:

1 Обзор литературы по
теме исследования. Обзор аналогов и прототипов прибора

1.1 Принципы определения
осевой составляющей газодинамических сил при истечении газа через сопло

В рамках
данного раздела рассмотрим особенности определения осевой составляющей
газодинамических сил при истечении газа через сопло.

В работе
[1] показаны зависимости истечения газа через сопло. Показано,
что в
сверхзвуковых аэродинамических трубах воздушный поток на выходе из
сходящегося-расширяющегося сопла зависит от соединения между соплом и
испытательной секцией, поскольку это соединение является источником возмущения
для сверхзвукового потока, и источник возмущения, создаваемый этим возмущением,
распространяется вниз по потоку.

Интегрированное
сверхзвуковое сопло в [1]
представляет собой сопло и испытательную секцию в целом, предназначенное для
ослабления или устранения возмущения. Невязкий контур сверхзвукового сопла
основан на методе характеристик. Новая кривая образуется плавным
соединением невязкого контура и испытательного участка, и пограничный слой
корректируется по общей кривой.

Возмущение, исходящее от
выходного отверстия сверхзвукового сопла, основано на соотношении статического
давления на выходе сопла к противодавлению. 

Когда сверхзвуковое сопло
работает при перепаде давлений ниже единицы, косые скачки уплотнения образуются
на выходе из сопла даже внутри сопла. Однако для нормальной работы
сверхзвуковой аэродинамической трубы отношение давлений меньше единицы
маловероятно, поэтому в данной статье обсуждается только случай, когда степень
сжатия больше единицы. 

Если степень давления
больше единицы, вентилятор расширения Прандтля-Мейера взаимодействует в
центральной зоне испытательного участка, а затем отражается от стенки
испытательного участка или границы свободной струи. 

Число Маха за
расширительным вентилятором увеличивается, а давление, плотность и температура
уменьшаются, что делает его непригодным для испытаний в этой зоне. В
сверхзвуковом потоке угол Маха первой волны разрежения велик, что приводит к
небольшой тестовой области ромба. Ограничен не только размер тестовой
модели, но и ее угол наклона. Таким образом, необходимо увеличить тестовую
площадку [1,2].

Распределение числа Маха
на выходе из сопла центрального сечения согласно исследованиям [1] представлено на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 – Распределение числа
Маха на выходе из сопла центрального сечения

В данной работе
определение осевой составляющей газодинамических сил представлено с помощью
экспериментальных методов.

В работе [3] рассмотрены формулы, определяющие
расчет потока через сопло. Показано, что уровень
давления P_b на
выходе из сопла называется противодавлением, и именно это давление определяет
поток в сопле.