Исследовательский центр аэродинамики UTA

Исследовательский центр аэродинамики Техасского университета в Арлингтоне (ARC) — это учреждение, расположенное в юго-восточной части кампуса, работающее под управлением Департамента машиностроения и аэрокосмической техники. Он был основан в 1986 году в рамках расширения Инженерного колледжа UTA . ARC вносит вклад в видение UTA и системы Техасского университета по преобразованию университета в полноценный научно-исследовательский институт. Он демонстрирует исследовательскую деятельность в области аэродинамики в UTA и за свою историю зарекомендовал себя как уникальное учреждение на университетском уровне. Аэродинамические трубы и оборудование на объекте были в основном построены путем поиска и модернизации списанного оборудования из правительства и промышленности. В настоящее время студенты магистратуры и докторантуры проводят исследования в области высокоскоростной газовой динамики, движителей (включая двигатели с импульсной детонацией ) и вычислительной гидродинамики среди других проектов, связанных с аэродинамикой.

Разработка ARC началась в 1975 году как попытка разработать ударную трубу для экспериментальных исследований в области магнитогидродинамической (МГД) генерации энергии. В то же время инженерный аккредитационный совет рекомендовал, чтобы Отделение аэрокосмической техники (которое с тех пор снова объединилось с Отделением машиностроения и аэрокосмической техники) имело возможность высокоскоростной аэродинамической трубы. Дуговой нагреватель был отправлен в UTA, но был помещен на хранение из-за нехватки средств на приобретение вспомогательного оборудования, необходимого для его эксплуатации. В 1976 году два профессора посетили как AEDC, так и Центр космических полетов имени Маршалла NASA в Хантсвилле, штат Алабама, чтобы осмотреть их трансзвуковые установки с трубой Людвигга . Идея заключалась в том, чтобы построить уменьшенную версию аэродинамической трубы в UTA, но при осмотре объекта AEDC было обнаружено, что его труба Людвигга недавно была выведена из эксплуатации. Трубка Людвигга была разработана как прототип для концепции ВВС для Национальной программы разработки трансзвуковых объектов, но недавно было принято решение построить NTF в Исследовательском центре NASA Langley с использованием их концепции криогенного туннеля. Профессора в шутку посоветовали менеджеру проекта AEDC рассмотреть возможность передачи трубки в дар UTA, что было воспринято как серьезное предложение. Трубка Людвигга была объявлена ​​излишком правительства и передана в дар UTA, появившись на железнодорожной станции в Арлингтоне, штат Техас, на трех платформах.

Владение объектом трубы Людвигга привлекло прибыльные гранты, что стало логистической проблемой, поскольку UTA тогда была вовлечена в крупную строительную программу, которая включала реконструкцию инженерного здания, в которое должен был войти туннель. Это означало бы период хранения в несколько лет и сотни тысяч долларов потерянных грантов. Решением этой проблемы стало строительство временного объекта на первом этаже недавно построенного инженерного здания. Этот объект оказался под офисом декана Инженерного колледжа, который быстро переоборудовал временное здание в постоянное, услышав, насколько громко работает труба Людвигга. После того, как была предложена концепция постоянного здания, было добавлено несколько новых аэродинамических труб и оборудования. В 1985 году большой компрессор, расположенный в исследовательском центре Эймса NASA, стал доступен и был передан в дар UTA. Этот 5-ступенчатый компрессор Clark имел номинальные характеристики 3000 фунтов на квадратный дюйм, 2000 куб. футов в минуту и ​​приводился в действие двигателем мощностью 1250 л. с. Общая потребляемая мощность при полной нагрузке составляет более 1,6 МВт. Перемещение компрессора в новое здание с сопутствующим оборудованием обошлось почти в 500 000 долларов США. Все здание было построено вокруг компрессора в 1986 году, и с тех пор продолжалось развитие, включающее строительство сверхзвуковых и гиперзвуковых объектов.

Низкоскоростная аэродинамическая труба представляет собой замкнутую непрерывную проточную трубу с частотно-регулируемым приводом мощностью 100 л. с. Испытательная секция имеет размеры 0,6 на 0,9 метра и способна развивать скорость потока до 50 м/с. Она оснащена 3- и 6-компонентными силовыми балансами и мультиплексной системой сбора данных на базе ПК. Также доступна визуализация дыма. Вспомогательная подача воздуха высокого давления позволяет использовать трубу для исследований струй и поверхностного обдува.

Высокочастотная трансзвуковая аэродинамическая труба Людвигга с высоким числом Рейнольдса имеет испытательную секцию с пористой стенкой размером 19,5 на 23,2 см (9 дюймов). Это импульсная установка со временем работы около 120 мс. Диапазон чисел Маха составляет 0,5–1,2, а диапазон чисел Рейнольдса — 4–40 миллионов/метр. Возможность чрезвычайно высокого числа Рейнольдса позволяет проводить полномасштабное моделирование аэродинамики ротора. Труба имеет низкий уровень турбулентности с колебаниями давления свободного потока всего 1 процент среднеквадратичного значения. Она обладает 5-компонентным балансом.

Сверхзвуковая аэродинамическая труба представляет собой продувочную трубу, оснащенную соплом с переменным числом Маха. Аэродинамическая труба была разработана собственными силами, за исключением пожертвованного сопла компанией LTV (в настоящее время Lockheed Martin Missile and Fire Control). Текущий достижимый диапазон чисел Маха составляет от 1,5 до 4,0 с числами Рейнольдса от 60 до 140 миллионов на метр. Площадь поперечного сечения испытательной секции составляет 6 на 6,5 дюймов. Максимальный объем резервуара для хранения выше по потоку составляет 24,5 кубических метра при 700 фунтах на кв. дюйм. ^[1]

Гиперзвуковая ударная труба — еще одна импульсная установка со временем работы от 0,5 до 5,0 мс. Труба имеет испытательную секцию 0,44 метра (диаметр) и длину 1 метр. Невязкое ядро ​​составляет 0,17 м при числе Маха 8. Она способна проводить испытания при числах Маха от 5 до 16 и числах Рейнольдса от 100 до 20 миллионов на метр. Труба может быть модифицирована для размещения драйвера детонации, использующего смесь водорода, кислорода и гелия. Это было завершено в 1991 году и привело к гранту в размере 1 000 000 долларов США на формирование Центра гиперзвуковых исследований NASA/UTA в период с 1993 по 1998 год.

Ключевым компонентом аэродинамической трубы с дуговым нагревом является электрический дуговой нагреватель постоянного тока мощностью 2 МВт. Испытательная секция составляет 10,3 см (4 дюйма) при длине 91,4 см (36 дюймов). Он используется для создания сверхзвуковых потоков чрезвычайно горячего газа. Газ, протекающий через дуговой нагреватель, нагревается мощной электрической дугой для создания газового потока с объемной температурой в диапазоне от 3000 до 5000 К. Установка основана на дуговом нагревателе Thermal Dynamics F-5000, подаренном Центром инженерных разработок Арнольда ВВС США. Кроме того, установка также состоит из систем для впрыска азота, водяного охлаждения, создания вакуума и поперечного зонда, а также мониторинга и защиты установки.

Выход общей энтальпии составляет от 4000 до 5800 кДж/кг, что контролируется регулировкой выходной мощности источника питания тока и скорости впрыска газа в дуговой нагреватель. Дуговой нагреватель можно настроить на создание очень пикового распределения энтальпии по выходу сопла, что может дать локальные общие энтальпии примерно в два раза больше среднего уровня общей энтальпии. Эксплуатация установки продемонстрировала массовый расход от 0,07 до 0,18 кг/с. Соответствующая максимальная продолжительность работы составляет 90–200 с. Максимальное рабочее давление для дугового нагревателя составляет 20 атмосфер. Эжекторный насос с приводом от сжатого воздуха обеспечивает вакуумные условия в сосуде испытательной секции во время испытательных запусков. Эжекторный насос создавал давление в испытательной секции до 4,5 кПа (0,65 фунт/кв. дюйм) без работы дугового нагревателя. Механический вакуумный насос доступен для обеспечения высокого начального вакуума в вакуумном резервуаре установки объемом 4,25 кубических метра. Вакуумные возможности установки позволяют использовать сопла с высоким коэффициентом расширения с дуговым нагревателем. Программируемая 3-осевая система перемещения позволяет проводить зондовые исследования в пространстве шириной 20 см (8 дюймов), длиной 23 см (9 дюймов) и глубиной 30 см (12 дюймов) (8 x 9 x 12 дюймов). Эту систему можно использовать также для установки моделей или тестовых образцов. ^[2]

• Лука Маддалена, доктор философии. - директор
• Фрэнк К. Лу, доктор философии, PE – бывший директор
• Дональд Р. Уилсон, доктор философии, PE – бывший директор, 1986–1993 гг.

• Аэродинамика
• Зал Неддермана
• Импульсный детонационный двигатель
• Техасский университет в Арлингтоне
• Техасский университет в Арлингтонском колледже инженерии
• Аэродинамическая труба

• Техасский университет в Арлингтоне
  • Обзор университета
  • История университета
• Инженерный колледж Техасского университета в Арлингтоне
• Техасский университет в Арлингтоне, факультет машиностроения и аэрокосмической техники
• Веб-сайт Центра аэродинамических исследований Техасского университета в Арлингтоне
• Наземные испытания импульсного детонационного двигателя частотой 25 Гц (видео)