ניתוח זרבובית: וריאציות במספר ה-Mach ובלחץ לאורך התכנסות וזרבובית מתפצלת

Overview

מקור: שרייאס נרסיספור, הנדסת מכונות וחלל, אוניברסיטת צפון קרוליינה סטייט, ראלי, NC

זרבובית היא התקן המשמש בדרך כלל להאצת הזרימה או להאטה מכוח חתך הרוחב השונה שלה. חרירים נמצאים בשימוש נרחב במערכות הנעה בחלל. ברקטות, דלק הנפלט מהתא מואץ דרך זרבובית כדי ליצור כוח תגובה המניע את המערכת. במנועי סילון, זרבובית משמשת להפיכת אנרגיה ממקור בלחץ גבוה לאנרגיה קינטית של הפליטה כדי לייצר דחף. המודל האיסנטרופי לאורך הזרבובית מספיק לניתוח מסדר ראשון שכן הזרימה בזרבובית מהירה מאוד (ולכן אדיאבטית לקירוב ראשון) עם מעט מאוד חיכוכים מפסידים (מכיוון שהזרימה כמעט חד ממדית עם שיפוע לחץ חיובי, אלא אם צורת גלי הלם וחרידים קצרים יחסית).

בניסוי זה, שני סוגים של חרירים מותקנים על אסדת בדיקת זרבובית, וזרימת לחץ נוצרת באמצעות מקור אוויר דחוס. החריקות מנוהלות עבור הגדרות לחץ אחורי שונות כדי לנתח את הזרימה הפנימית בזרבוביות בתנאי זרימה משתנים, לזהות את משטרי הזרימה השונים ולהשוות את הנתונים לתחזיות תיאורטיות.

Procedure

בהדגמה זו נעשה שימוש באסדת בדיקת זרבובית, שהורכבה ממקור אוויר דחוס המתעל אוויר בלחץ גבוה דרך הזרבוביות הנבדקות, כפי שמוצג באיור 5. לחץ הזרימה נע בין 0 - 120 פסאיי והוא נשלט באמצעות שסתום מכני. בעוד הלחצים נמדדים באמצעות חיישן חיצוני, קצבי זרימת המסה בזרבובית נמדדים על ידי זוג רוטהמטרים שהוצבו ממש לפני הפליטה של אסדת בדיקת הזרבובית.

איור 5. אסדת בדיקת זרבובית. .css-f1q1l5{display:-webkit-box;display:-webkit-flex;display:-ms-flexbox;display:flex;-webkit-align-items:flex-end;-webkit-box-align:flex-end;-ms-flex-align:flex-end;align-items:flex-end;background-image:linear-gradient(180deg, rgba(255, 255, 255, 0) 0%, rgba(255, 255, 255, 0.8) 40%, rgba(255, 255, 255, 1) 100%);width:100%;height:100%;position:absolute;bottom:0px;left:0px;font-size:var(--chakra-fontSizes-lg);color:#676B82;}

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Results

הקבועים הבאים שימשו בניתוח: חום ספציפי של אוויר יבש, γ: 1.4; אזור זרבובית ייחוס, A_i = 0.0491^{ב- 2}, ולחץ אטמוספרי סטנדרטי, P_atm = 14.1 פסאיי. איורים 8 ו-9 מראים את השונות ביחס הלחץ ובמספר ה-Mach לאורך הזרבובית (מנורמלת בהתבסס על אורך הזרבובית הכוללת) עבור הגדרות שונות של לחץ גב ...

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Application and Summary

חרירים משמשים בדרך כלל במערכות הנעה של מטוסים ורקטות מכיוון שהם מציעים שיטה פשוטה ויעילה להאצת הזרימה במרחקים מוגבלים. על מנת לתכנן חרירים שיתאימו ליישום נתון, הבנה של התנהגות הזרימה וגורמים המשפיעים על ההתנהגות האמורה עבור מגוון תנאי זרימה חיונית לתכנון מערכות הנעה יעילות. בהדגמה זו, חר...

Log in or to access full content. Learn more about your institution’s access to JoVE content here

Tags

בהדגמה זו נעשה שימוש באסדת בדיקת זרבובית, שהורכבה ממקור אוויר דחוס המתעל אוויר בלחץ גבוה דרך הזרבוביות הנבדקות, כפי שמוצג באיור 5. לחץ הזרימה נע בין 0 - 120 פסאיי והוא נשלט באמצעות שסתום מכני. בעוד הלחצים נמדדים באמצעות חיישן חיצוני, קצבי זרימת המסה בזרבובית נמדדים על ידי זוג רוטהמטרים שהוצבו ממש לפני הפליטה של אסדת בדיקת הזרבובית.

איור 5. אסדת בדיקת זרבובית. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

1. מדידת לחץ צירי בזרבוביות מתכנסות ומתכנסות

עלו על הזרבובית המתכנסת במרכז אסדת בדיקת הזרבובית, כפי שמוצג באיור 5. המקטע הדו-ממדי לזרבובית המתכנסת עם תוויות עבור הקשות הלחץ מוצג באיור 6.

איור 6. גיאומטריה של זרבובית התכנסות. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

חבר את 10 יציאות הלחץ הסטטי ואת יציאת לחץ הקיפאון למערכת מדידת הלחץ באמצעות צינורות PVC גמישים בלחץ גבוה.
חבר את מערכת מדידת הלחץ לממשק התוכנה הגרפית לקריאת נתוני לחץ בזמן אמת.
קח את קריאת מצב האפס/ללא זרימה.
פתח את שסתום בקרת הזרימה המכני כדי להתחיל את זרימת האוויר.
סובב את השסתום כדי להתאים את קצב הזרימה כדי לקבל יחס לחץ אחורי (p_B/ p_O) של 0.9. שים לב שהלחץ האחורי הן עבור חריני ההתכנסות והן עבור חריצי ההתכנסות-מתפצלים תואמים לקריאת נתוני הלחץ מיציאה 10.
הקלט את הנתונים המתאימים לטבלה 1.
הקטן את יחס הלחץ האחורי בשלבים של 0.1 עד p_B/p_O = 0.1 שלב 7 חוזר עבור כל הגדרה. בנוסף, חזור על שלב 7 עבור p_B/p_O = 0.5283 כדי ללכוד נתוני זרימה במצב הזרימה החנוק התיאורטית.
החלף את הזרבובית המתכנסת בזרבובית המתפצלת וחזר על שלבים 1.2 - 1.8. המקטע הדו-ממדי לזרבובית המתכנסת עם תוויות עבור הקשות הלחץ מוצג באיור 7.
עם השלמת הבדיקות, נתק את כל המערכות ופרק את אסדת בדיקת הזרבובית.

איור 7. גיאומטריה של זרבובית מתפצלת. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

טבלה 1. נתונים שנאספו לניסוי הזרבובית.

הקש על מספר	מיקום צירי של הקשה (ב)	יחס שטח זרבובית (A/A)	P_סטטי (פסאיי)	P_o (פסאיי)	מסה קצב זרימה (שבלולים/שני)	P_atm (פסאיי)	T_o (°F)
איור 6/7	טבלה 2	טבלה 2	לחץ מד	מד לחץ	רוטמטר	לחץ מד	חיישן טמפרטורה

טבלה 2. נתוני גיאומטריה זרבובית.

הקש על מספר	זרבובית מתכנסת		זרבובית מתכנסת-מתפצלת
הקש על מספר	מיקום צירי של הקשה (ב)	יחס שטח זרבובית (A/A)	מיקום צירי של הקשה (ב)	יחס שטח זרבובית (A/A)
1	0	60.14	0	60.14
2	1	51.379	4.5	6.093
3	2	35.914	6.5	1
4	3	23.218	6.9075	1.053
5	4	13.275	7.3795	1.222
6	5	6.094	7.8515	1.403
7	5.5	3.54	8.3235	1.595
8	6	1.672	8.7955	1.802
9	6.5	1	9.2675	2.02
10	7	60.041	9.5	60.041

Skip to...

0:01

Concepts

3:48

Measuring Axial Pressure in Converging and Converging-Diverging Nozzles

6:28

Results

Videos from this collection:

article

Now Playing

ניתוח זרבובית: וריאציות במספר ה-Mach ובלחץ לאורך התכנסות וזרבובית מתפצלת

Aeronautical Engineering

37.8K Views

article

ביצועים אווירודינמיים של דגם מטוס: DC-6B

Aeronautical Engineering

8.3K Views

article

אפיון מדחף: שינויים ב-גובה, בקוטר ובמספר הלהב בביצועים

Aeronautical Engineering

26.2K Views

article

התנהגות חיל האוויר: התפלגות לחץ על כנף קלארק Y-14

Aeronautical Engineering

21.0K Views

article

ביצועי כנף קלארק Y-14: פריסה של התקנים בעלי הרמה גבוהה (מדפים ולוחות)

Aeronautical Engineering

13.3K Views

article

שיטת כדור מערבולת: הערכת איכות זרימת מנהרת הרוח

Aeronautical Engineering

8.7K Views

article

זרימה גלילית צולבת: מדידת התפלגות לחץ והערכת מקדמי גרירה

Aeronautical Engineering

16.1K Views

article

שלירן הדמיה: טכניקה לדמיין תכונות זרימה על קולית

Aeronautical Engineering

11.4K Views

article

הדמיה של זרימה במנהרת מים: התבוננות במערבולת המובילה מעל כנף דלתא

Aeronautical Engineering

8.0K Views

article

הדמיה של זרימת צבע פני השטח: שיטה איכותית להתבוננות בדפוסי סטריקלין בזרימה על-קולית

Aeronautical Engineering

4.9K Views

article

צינור פיטו-סטטי: מכשיר למדידת מהירות זרימת האוויר

Aeronautical Engineering

48.7K Views

article

אנמומטריית טמפרטורה קבועה: כלי לחקר זרימת שכבת גבול סוערת

Aeronautical Engineering

7.2K Views

article

מתמר לחץ: כיול באמצעות צינור פיטו-סטטי

Aeronautical Engineering

8.5K Views

article

בקרת טיסה בזמן אמת: כיול חיישנים משובצים ורכישת נתונים

Aeronautical Engineering

10.2K Views

article

אווירודינמיקה רב-תכליתית: אפיון דחף על הקסאקופטר

Aeronautical Engineering

9.1K Views

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved