DE1120181B - Windkanal - Google Patents

Description

Bei den intermittierend mit Unterschallgeschwindigkeiten oder mit Geschwindigkeiten im Übergangsgebiet zwischen dem Unterschallgebiet und dem Überschallgebiet arbeitenden Windkanälen wird die Versuchskammer von einem Strom atmosphärischer Luft durchströmt, welcher durch einen Trockner oder einen Vorwärmer mittels einer mit verdichtetem Gas gespeisten Strahlpumpe angesaugt wird. Am Ausgang der Kammer tritt das Gemisch unmittelbar nach außen aus. Die Verringerung des Druckes in der Ver- to suchskammer kann grundsätzlich unabhängig von der Geschwindigkeit durch Verringerung der Luftzufuhr (durch Ventilanordnungen) hergestellt werden, wie dies bei Versuchsständen zum Prüfen des Verhaltens von Motoren in großer Höhe üblich ist.

Der Trockner oder der Vorwärmer ist infolge der großen verlangten Strömungsmenge teuer, und eine wirtschaftlichere Lösung besteht darin, in dem Windkanal nur aus einer Druckluftquelle kommende Luft zu benutzen. Nach Durchtritt dieser Luft durch die Treibdüsen der Strahlpumpe zirkuliert diese Luft mehrmals in einem geschlossenen Kreislauf, in welchem sich die Windkanalversuchskammer befindet, und verläßt dann durch eine Auslaßöffnung den geschlossenen Kreislauf. Die sekundlich zugeführte Menge der Antriebsdruckluft ist dann kleiner als die sekundliche durch die Versuchskammer strömende Luftmenge. Außerdem ist die Trocknung der Druckluft billiger als die Trocknung der Außenluft. Eine Erhöhung des Druckes in dem Windkanal kann durch Verkleinerung der Auslaßöffnung erzielt werden, was eine Zunahme der Reynolds-Zahl mit sich bringt. Dies bewirkt jedoch eine Abnahme der Betriebsdauer des Windkanals. Außerdem kann eine Verringerung des Drucks in dem Windkanal nicht nach Belieben hergestellt werden.

Es sind auch schon Windkanäle bekanntgeworden, bei welchen wahlweise im geschlossenen oder im offenen Kreise gearbeitet wird, wobei die Zufuhr von Strömungsmitteln vor der Versuchsstrecke liegt und wobei ferner die Strömung durch einen Kompressor angetrieben wird. Bei dieser Windkanalbauart müssen je nach der Betätigungsweise die Nachteile der geschlossenen oder offenen Bauart in Kauf genommen werden.

Allen diesen bekannten Windkanälen gegenüber erzielt die Erfindung einen wesentlichen Fortschritt, da sie die Herstellung eines regelbaren Druckes, insbesondere einer Druckminderung, in einem mit einer Luftrückführleitung versehenen Windkanal gestattet. Sie gestattet ferner die Verlängerung der Betriebsdauer des Windkanals, wobei sie nur eine Antriebs-Windkanal

Anmelder:

Societe Nationale d'Etude et de Construction de Moteurs d'Aviation, Paris

Vertreter: Dr.-Ing. H. Negendank, Patentanwalt,
Hamburg 36, Neuer Wall 41

Beanspruchte Priorität:
Frankreich vom 30. Juli 1958 (Nr. 77L631)

Otto Frenzl, Dammarie-les-Lys (Frankreich),
ist als Erfinder genannt worden

leistung für die Luft benötigt, welche kleiner als die bei einem Windkanal ohne Luftrückführleitung erforderliche ist, bei welcher eine Verminderung des Druckes durch Ventile am Lufteintritt erhalten wird.

Hierfür wird bei einem Windkanal mit einer Versuchskammer, vor deren Eingang eine konvergierende bzw. konvergierend-divergierende Düse und an deren Ausgang eine Hauptstrahlpumpe angeordnet ist, an die sich ein divergierender Leitungsabschnitt anschließt, der durch eine Rückführleitung zur Bildung eines geschlossenen Strömungskreises mit dem Eingang der Düse verbunden ist, wobei stromab von diesem divergierenden Leitungsabschnitt eine regelbare Austrittsöffnung vorgesehen ist, erfindungsgemäß eine in an sich bekannter Weise hinter der Austrittsöffnung angeordnete Strahlpumpe, die zusammen mit einer Strömungsmittelzufuhreinrichtung an der Hauptstrahlpumpe einen zweiten, gleichzeitig mit dem geschlossenen Strömungskreis betriebenen, an sich bekannten offenen Strömungskreis bildet, vorgesehen.

Eine derartige Vorrichtung gestattet außerdem die Vornahme von Verbrennungsversuchen od. dgl. unter den in großer Höhe herrschenden Bedingungen, da dann die kontinuierliche Abfuhr der Gase unerläßlich ist.

Die Erfindung ist nachstehend unter Bezugnahme auf die Zeichnung beispielshalber erläutert.

109 750/295

Fig. 1 ist ein teilweise geschnittener Grundriß eines erfindungsgemäß mit einer Pumpe kombinierten Windkanals mit Luftrückführleitung;

Fig. 2 und 3 sind andere Ausführungsformen der Vorrichtung zur Speisung der Hauptstrahlpumpe des Windkanals mit Luft;

Fig. 4 ist ein teilweise geschnittener Grundriß von zwei erfindungsgemäß mit Pumpen kombinierten Windkanälen.

Der in Fig. 1 dargestellte Windkanal enthält eine Versuchskammer 1 zur Aufnahme eines Modells 2, welche an ihrem Ende von einer Strahlpumpe 3 umgeben wird, welche zusammen mit der Außenwand der Kammer 1 eine ringförmige Düse oder mehrere um die Achse der Kammer herum verteilte konvergierende und divergierende Düsen bildet. Aus einem Vorratsbehälter 4 gelangt Druckluft in die Leitung 5, strömt durch einen Druckminderer 6 und wird somit mit großer Geschwindigkeit aus der Strahlpumpe 3 ausgestoßen. Dieser schnell strömende Luftstrom saugt die Luft aus der Kammer 1, und das sich in dem divergierenden Teil 7 bildende Gemisch wird durch eine Rückführleitung 8, 9,10 in die vor der Kammer 1 angebrachte konvergierende oder konvergierende und divergierende Düse 11 zurückgeführt. In der Achse der Düse 11 und der Kammer 1 ist die Wand der Rückführleitung 8 mit einer Öffnung 12 versehen, welche durch eine um eine Achse 14 drehbare Klappe 13 verschlossen werden kann.

Erfindungsgemäß ist an dem Ende der Leitung 8 eine Düse 15 angebracht. Diese Düse 15 gehört einer Pumpe 16 an, welche zweckmäßig eine intermittierend arbeitende Heißwasserpumpe ist. Die Luft wird mit großer Geschwindigkeit durch die Düse 15 von dieser Pumpe mitgerissen, welche eine oder mehrere um die Achse der Düse 15 herum verteilte Düsen 17 aufweist. Durch eine gemeinsame Sammelleitung 18 werden die Düsen 17 mit unter Druck stehendem, von einem Heißwasserspeicher 19 kommendem heißem Wasser gespeist. Jede Düse 17 ist mit einer beweglichen Nadel 20 zur Veränderung des dem Wasser in der Düse dargebotenen Durchtrittsquerschnitts versehen. Ein Teil des heißen Wassers verdampft, der größte Teil bleibt jedoch flüssig und wird fein zerstäubt, und aus den Düsen 17 tritt ein Strahl aus Dampf und zerstäubtem Wasser aus, welcher die aus der Düse 15 kommende Luft ansaugt. Nach dem Austritt aus der Düse 15 wird die Luft in einem Mischer 21 durchgewirbelt. Die Strömung wird in einem Diffusor 22 verlangsamt und strömt durch den Heißwasserabscheider 23, von welchem das Wasser durch eine Leitung 24 zu der Speisepumpe 25 zurückgeleitet wird, welche es dem Speicher 19 zuführt.

Bei Benutzung des Windkanals für Verbrennungsversuche od. dgl. werden die Verbrennungsgase durch die in der Zeichnung gestrichelt dargestellte Leitung 26 abgeführt. Abgesehen vom Anlaßvorgang des Windkanals ist die von der Pumpe 16 angesaugte, ins Freie geförderte Luftmenge praktisch gleich der Luftmenge, welche aus dem Vorratsbehälter 4 kommt und durch die konvergierenden und divergierenden Düsen der Strahlpumpe 3 in den Windkanal eingeführt wird. Der erfindungsgemäße Windkanal, in welchem eine Pumpe 16 mit der Strahlpumpe 3 kombiniert ist, gestattet so die Bewegung des Strömungsmittels des Windkanals, und die zugeführte induzierende Luftmenge ist verhältnismäßig klein gegenüber der mitgerissenen Luftmenge. Die Strahlpumpe 3 bietet den Vorteil, daß in den Windkanal Luft eingeführt wird, welche bereits eine gewisse Energie hat und zur Ventilation dient. Die Strahlpumpe für den Umlauf der Luft in dem Windkanal kann gegebenenfalls durch eine andere bekannte Einrichtung unterstützt werden, z. B. einen in dem Strömungskreis 8, 9, 10 angeordneten Ventilator.

Bei der Ausführungsform der Fig. 1 liefert die Pumpe 16 nur einen Teil der innerhalb des Windkanals erforderlichen Antriebsleistung der Luft. In gewissen Fällen kann diese Pumpe 16 jedoch auch die gesamte Antriebsleistung liefern, so daß der Druckluftbehälter 4 fortfallen kann.

Die in Fig. 2 dargestellte Ausführungsform ist für die Erzeugung einer Strömung mit einer im Übergangsgebiet zwischen der Unterschallgeschwindigkeit und der Überschallgeschwindigkeit liegenden Geschwindigkeit mit geringem Druck in der Versuchskammer 1 geeignet. Die durch die Strahlpumpe 16

zo angesaugte Außenluft tritt in die Leitung 5 durch eine Luftentnahme 5 α ein, durchströmt einen verhältnismäßig kleinen Trockner oder Vorwärmer 27 und gelangt zu der Strahlpumpe 3.

Die noch einfachere Ausführungsform der Fig. 3

as ist für eine Strömung mit Unterschallgeschwindigkeit bei geringem Druck in der Versuchskammer 1 geeignet. Die Außenluft tritt in die Leitung 5 durch die Luftentnahme 5 α ein und gelangt unmittelbar in die Strahlpumpe 3.

Bei diesen beiden Beispielen ist die Leistung der Pumpe 16 für,den gesamten Antrieb der Luft innerhalb äes-Windkanals ausreichend, und die von ihr angesaugte Luftmerige ist gleich der durch die Luftentnahme 5 a eintretenden Menge an Außenluft.

Fig. 4 zeigt eine Anlage mit zwei Windkanälen. In dem oberen Teil ist ein Windkanal für eine Strömung im Übergangsgebiet und Unterschallgebiet mit einer Luftrückführung der oben beschriebenen Art dargestellt. In dem unteren Teil ist ein Windkanal für Überschallgeschwindigkeit dargestellt, welcher einen divergierenden Teil 28, eine konvergierende und divergierende Düse 29, eine Versuchskammer 30 und einen konvergenten Teil 31 enthält, welcher durch einen geraden an eine Heißwasserpumpe 33 angeschlossenen Teil 32 verlängert wird. Die Pumpe 33 besitzt eine Luftdüse 34, eine oder mehrere Treibdüsen 35 und eine mit Regelnadeln 37 versehene Sammelleitung 36 und wird mit aus dem Speicher 19 kommendem heißem Wasser gespeist. Der Strömungskreis der Pumpe erhält außerdem einen Mischer 38, einen Diffusor 39 und einen Heißwasserabscheider 40, aus welchem das Wasser durch eine Leitung 41 zu der Speisepumpe 25 zurückgeführt wird.

Die Leitung 5, welche an einem Ende in die Sammelleitung der Strahlpumpe 3 und an dem anderen Ende zwischen einem Luftvorwärmer 42 und dem Eingangsventil 43 des divergierenden Teils 28 mündet, ist mit zwei Ventilen 44 und 45 versehen, welche beiderseits des mit dem Ventil 47 versehenen Teils 46 zum Anschluß an den Behälter 4 liegen. Eine mit einem Ventil 49 versehene Luftentnahme 48 ist an der Leitung 5 zwischen dem Ventil 44 und der Strahlpumpe 3 vorgesehen. Eine mit einem Ventil 51 versehene Leitung 50 verbindet den Behälter 4 mit dem Eingang des Luftvorwärmers 42. Eine mit einem Ventil 53 versehene Luftentnahme 52 schließt an die Leitung 50 vor dem Eingang des Luftvorwärmers 42 an.

Die beiden Windkanäle können zusammen oder getrennt arbeiten, wobei die Luft in jedem von ihnen teilweise oder ganz durch die Heißwasserpumpen 16 oder 33 angetrieben wird.

Die die Strahlpumpe 3 durchströmende Luft des ersten mit einer Luftrückführung versehenen Windkanals kann kommen:

a) unmittelbar aus der Atmosphäre durch die Luftentnahme 48, wobei das Ventil 49 offen und das Ventil 44 geschlossen ist;

aus der Atmosphäre durch die Luftentnahme 52 unter Durchströmung des Vorwärmers 42; die Ventile 53, 45 und 44 sind dann offen, während die Ventile 49, 47, 43, 51 geschlossen sind;
aus dem Druckluftbehälter 4; die Ventile 44 und 45 sind offen, 47 und 51 sind teilweise offen, während 43, 49 und 53 geschlossen sind.
Dies ermöglicht die Temperatur in der Meßstrecke 1 auf einem beliebigen Wert trotz Absinkens der Temperatur der Luft zufolge Expansion in 4 konstant zu halten.

Ebenso kann die dem zweiten Windkanal zugeführte Luft kommen:

a) aus der Atmosphäre durch die Luftentnahme 52 unter Durchströmung des Vorwärmers 42, wobei die Ventile 53 und 43 offen und die Ventile 45 und 51 geschlossen sind;

aus dem Druckluftbehälter 4; das Ventil 53 ist dann geschlossen, und eines der Ventile 45 oder 51 ist offen, je nachdem, ob die Druckluft durch den Vorwärmer 42 strömen soll oder nicht.
Durch verschiedene Einstellung der Steuerglieder, d. h. der Ventile 43, 44, 45, 47, 49, 51, 53 und der Drehklappe 13, sowie durch die verschiedene Öffnung der Nadelventile 20 und 37 kann man in der Versuchskammer 1 eine Veränderung des Druckes und der Temperatur erhalten, d. h. eine Veränderung der Reynolds-Zahl, und zwar unabhängig von der in dieser Kammer herrschenden Mach-Zahl.

Claims (7)

PATENTANSPRÜCHE: 35 40

1. Windkanal mit einer Versuchskammer, vor deren Eingang eine konvergierende bzw. konvergierend-divergierende Düse und an deren Ausgang eine Hauptstrahlpumpe angeordnet ist, an die sich ein divergierender Leitungsabschnitt anschließt, der durch eine Rückführleitung zur Bildung eines geschlossenen Strömungskreises mit dem Eingang der Düse verbunden ist, wobei stromab von diesem divergierenden Leitungsabschnitt eine regelbare Austrittsöffnung vorgesehen ist, gekennzeich net durch eine in an sich bekannter Weise hinter der Austrittsöffnung angeordnete Strahlpumpe, die zusammen mit einer Strömungsmittelzufuhreinrichtung an der Hauptstrahlpumpe einen zweiten, gleichzeitig mit dem geschlossenen Strömungskreis betriebenen, an sich bekannten offenen Strömungskreis bildet.

2. Windkanal nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Strahlpumpe hinter der Austrittsöffnung eine Heißwasserstrahlpumpe ist.

3. Windkanal nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß das in die Hauptstrahlpumpe eingeführte Strömungsmittel Atmosphärenluft oder Druckluft ist.

4. Windkanal nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Atmosphärenluft unmittelbar in die Hauptstrahlpumpe eingeführt wird, wobei die gesamte Antriebsleistung der Luft von der Strahlpumpe hinter der Austrittsöffnung geliefert wird.

5. Windkanal nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Atmosphärenluft vor ihrer Einführung in die Hauptstrahlpumpe einen Trockner oder Vorwärmer durchströmt, wobei die gesamte Antriebsleistung der Luft von der Strahlpumpe hinter der Austrittsöffnung geliefert wird.

6. Windkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 5 für Verbrennungsversuche od. dgl., dadurch gekennzeichnet, daß die Verbrennungsgase durch eine Leitung abgeführt werden, welche vor der hinter der Austrittsöffnung des Windkanals angeordneten Strahlpumpe angebracht ist.

7. Windkanal nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß er mit anderen Windkanälen vereinigt ist, wobei die Regelung des Druckes in den verschiedenen gleichzeitig oder getrennt arbeitenden Windkanälen durch einen entsprechenden Ventilsatz hergestellt wird.

In Betracht gezogene Druckschriften:
Britische Patentschrift Nr. 769 373;
USA.-Patentschrift Nr. 2 744 410.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

© 109 750/295 12.61