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von KARJ\1AN INSTITUTE
FOR FLUID
DYNAMICS
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TECHNICAL MEMORANDUM 11 ~!._pr'(l\:SCHO
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- G1UIG.;OUWKUNDB VLI-EDITION 2m
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HEEK
EXPERIMENTAL FACILITIES AT V.K.I.
INSTALLATIONS EXPERIMENTALES DE L' I.V.K.
von KARMAN INSTITUTE FOR FLUID DYNAMIDS
INSTITUT von KARMAN DE DYNAMIQUE DES FLUIDES
Technica1 Memorandum 11 Edition 2
EXPERIMENTAL FACILITIES AT V.K.I.
TABLE OF CONTENTS TABLE DES MATIERES
INTRODUCTION • • • • • • LOW SPEED WIND TUNNELS •
•
•
• •
•
••
• ••
••
• • SUPERSONIC AND TRANSONIC WIND TUNNELS•
•
•
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•
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• • HYPERSONIC WIND TUNNELS •• •
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• TURBOMACHINERY LABORATORY • •• • • •
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• LOW DENSITY WIND TUNNEL •• •
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•• • •
FUTURE FACILITIES •• •
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THE FLUIDICS LABORATORY• • • • • •
• ••
• THE R-4 COMPRESSOR TEST RIG•
• • •
• • ••
THE HIGH ENTHALPY WIND TUNNEL •• •
• • ••
HIGH PRESSURE AIR RESERVOIR • • • • •MAGNETOGASDYNAMICS • • • • • • • • • • REFERENCES • • •
• •
• •• •
•• • • •
TABLE DES MATIERESINTRODUCTION • • • • • • • • • • • • •
• • • • •
•
• •
•
• •
•
SOUFFLERIES A FAIBLE VITESSE • • • • • • • • SOUFFLERIES SUPERSONIQUES ET TRANSSONIQUES •
SOUFFLERIES HYPERSONIQUES • •
LABORATOIRE DE TURBOMACHINES •
•
•
• • • • •• •
••
• ••
SOUFFLERIE A GAZ RAREFlES •
• • • •
• • ••
INSTALLATIONS FUTURES •• • •
• • • • • • • LABORATOIRE D'ETUDE D'AMPLIFICATEURS FLUIDES BANC D'ESSAI R-4 • • • • • • • • • • • • • • SOUFFLERIE A HAUTE ENTHALPIE • • • • ••
••
RESERVOIR D'AIR A HAUTE PRESSION • • • • • • MAGNETODYNAMIQUE DES GAZ • • • • • • • • • • REFERENCES ••
• • ••
•• •
••
•
•
• •• •
1 26
14
20 3642
4446
50 52 54 56 1 3 7 15 21 3743
4547
5153
55 56
-1-INTRODUCTION
The von Karman Institute for Fluid Dynamics has an extensive range of facilities to suppprt its academic program. The faëilities include 3 low speed,
4
supersonic and 2hyper-sonic wind tunnels, and a large turbomachinery section (labora-tory) with two cascade tunnels and
4
rotor test stands. A"longshot" hypersonic wind tunnel is being installed, and a fluidics laboratory is in its beginning stages. A plan of the laboratories ~howing the location of these facilities is given in figure 1.
These facilities presently bover a range of speed from low speed to a Mach nUmber of approximately 7. The addition of the "longshot" will permit testing at Mach numbers of 19,24 and 29.
A 6" high enthalpy shock tube, alO' space simulation chamber and an fnternal flow facility having a pressure ratio of 1000 and mass flow rates up to 25/1bs/sec are expected to be added during the next
4
years.INTRODUCTION
Pour appuyer son programme d'enseignement, l'Institut von Karman de Dynamique des Fluides dispose d'une grande variété d'installations. Celles-ci comprennent 3 souffleries à faible
vitesse, 4 souffleries supersoniques, 2 souffleries hypersoniques, ainsi qu'un laboratoire bien équipé dans le domaine des turboma-chines avec 2 souffleries à grille d'aubes et 4 bancs d' essais de rotor. L'aménagement d'une soufflerie hypersonique "longshot" est en cours et un laboratoire pour l'étude des amplificateurs fluides vient d'être créé. Un plan des différents laboratoires avec l'emplacement des installations est présenté à la figure 1.
Actuellement, les installations couvrent une gamme de vitesses al~ant jusqu'à un nombre de Mach d'environ 7. Avec le "longshot" des nombres de Mach de 19, 24 et 29 pourront être atteints.
Un tube à choc à haute enthalpie de 15 cm, une chambre de simulation de 3 m, ainsi q~u~ installation pour l'étude d'é-coulements internes, disposant d'~n rapport de pression de 1000 et permettant des débits pouvant aller jusqu'à 11 kg/sec seront ajoutés au cours des 4 années à venir.
LOW SPEED WIND TUNNELS
There are two low speed wind tunnels refered to as L-l and L-2, in operation at V.K.I. The largest and most
important of these facilities is the composite wind tunnel,L-l.
COMPOSITE WIND TUNNEL L-l
The low speed wind tunnel L-l, has. a closed retur,n
and is
ot
unusual ~esign in that it can -be:opetated in anyone
ot
three êonfigurations:1. with an open jet of 3 m diameter with a max~mum airspeed
of 60 m/sec;
2. with a closed working section of 2 m diameter with a maximum airspeed of 100 m/sec;
3. with a vertical jet of 3 m diameter for spin testing with a maximum airQpeed of 30 m/sec.
The contrarotating fans of this facility are driven by a 580 KW DC motor.
A six-compçnent mechanical beam halance is provided tor force and moment measurements. Strain gauge balances for
various range of forces and moments are also available. A
10 m3 (350 ft 3 ), 15 átm air storage reservoir and an automatic
pressure regulating system are avaialble for tests requiring
a high pressure air s~pply, as, for instance. for
-3-SOUFFLERIES A FAIBLE VITESSE
Il existe deux souffleries à faible vitesse à l'IVK. L-l et L-2. L~ soufflerie L-l qui est la plus grande et la plus importante des deux est à configuration variable.
LA SOUFFLERIE L-l
La soufflerie L-l, est du type à retour et est caractirisie par Ie fait qu'elle peut fonctionner:
1. en veine libre de 3 m de diamètre avec une vitesse maximum de 60 m/sec;
2 • en ve~ne guidie de 2 m de diamètre avec une vitesse maximum de 100 m/sec;
3. en veine libre verticale. de 3 m de diamètre avec une vitesse maximum de 30 m/sec pour les essais de vrille.
Les ventilateurs contrarotatifs de cette soufflerie sont entrainis par un moteur de 580 KW.
Une balance mécanique à six composantes et différentes balances à strain g~uges sont disponibles pour la mesure des
forces et des moments. Il y a igalement une alimentation en air comprimi à partir d'un riservoir de 10 m3 privu pour une
pression de 15 ATA. Le circuit d'alimentation comporte un système de rigulation de la pression. Cette installation permet d'effectuer des essais nécessitant de l ' a i r comprimé comme par exemple dans le cas d'études sur le controle de la couche limite.
Wind tunnel L-l is extensively used for nori-aeronautical tests as well as for course work and student projects.
Plan and elevation views of wind tunnel L-l are shown in fig. 2a-b-c and a detailed description is given in ref. 1.
WIND TUNNEL L-2
Wind tunnel L-2 has a closed working section 30 cm (12 inches) in diameter and an open circuit. Its fan is driven by a
6
HPDe
motor, and the tunnel can be operated at air speeds up to 50 m/sec (165 fps).-5~
En dehors de son utilisation dans le cadre du
pro-gramme d'enseignement et des projets de recherche des étudiants, la soufflerie L-l est largement utilisée pour des travaux et recherches demandés par l'industrie.
La fig. 2a-b-c montre la soufflerie L-l et la référence 1 en donne une description détaillée.
LA SOUFFLERIE L-2
La soufflerie L-2 a une veine guidée de 30 cm de diamètre et est à circuit de retour libre. Le ventilateur est actionné par un moteur de 6
cv.
La vitesse maximum est de 50 m/sec.8UPER80NIC AND TRANSONIC WIND TUNNEL8
Four supersonie wind tunnels, 8-1, 8-2, 8-3 and 8-4 are in operation at VoK.I. An alternative transonie test seetion T-l, is available for wind tunnel 8-1.
1. CONTINUOU8 SUPER80NIC WIND TUNNEL, 8-1
8-1 "i~ a -~ontinuou&~ ólosed retu~nt
·variable-d~n5i ty t supe"rsonic wind tun"nel of the Ackeret type.
It has a 40 x 40 cm (16 x 16 in) test section and
ean be operated at Mach numbers up to 205. It is driven by a
13-stage axial flow compressor powered by a 615 kw de motor.
Owing to its small power, the wind tunnel is operated at subatmospheric stagnation pressures (0.1 to 0.3 atm.). A
silicagel dryer maintains the humidity level of the air during
a run below 2 parts in 10,000 at a stagnation pressure as low
as 0.1 a:tin.o.spheres absolute.
Test seotions for supersonic and transonie testing are avai1able. They are followed by a variable geometry
diffuser, incorporating a model support mechanism allowing axial and vertical translation, and variable ineidence. The tunnel is equipped with an optioal system for shadow and schlieren flow visualization.
-7-80UFFLERIE8 SUPER80NIQUE8 ET TRAN880NIQUE8
Il existe quatre souffleries supersoniques à l'IoV.Ko :
8-1, 8-2, 8-3 et 8-4. Une chambre d'essai transsonique, T-l, est disponible à la soufflerie 8-1.
1. LA 80UFFLERIE SUPERSONIQUE CONTINUE, 8-1
La soufflerie 8-1 estJdu typ~ contin~. l circuit ferlll.é ,et ,l densité variablei c' est une souff.lerie sup.ersonique du type Ac.keret.
La soufflerie a une chambre d'essai de 40 cm x 40 cm et peut fonctionner à un nombre de Mach allant jusqu'à 2,5. La soufflerie est actionnée par un compresseur axial de 13 étages entrainé par un moteur à courant continu de 615 kw. Dû à sa
petite puissance, la soufflerie ne fonctionne qu'à des pressions d'arr~t inférieures à la pression atmosphérique (de 0,1 à 0,3 atm.). Un dessiccateur à silicagel maintient le degré d'humidité
de l'air pendant l'essai en dessous de 2 x 10-4,
m~me
à la pression d'arr~t de 0,1 atm.Des chambres d'expérience pour essais supersoniques et transsoniques sont disponibles. Elles sont suivies d'un diffuseur à géométrie variable, comprenant un mécanisme de
support de modèle, permettant un mouvement axial et un mouvement vertical, et une incidence variable. La soufflerie est équipée d'un système optique pour la visualisation par la méthode des ombres et la strioscopie~
For supersonie operation, fixed-geometry metal nozzle bloeks, eoated with araldite and designed for Maeh numbers
of 2.2 and 2.0 are',used.
The transonie test seetion, T-l, has top and bottom slotted walls and solid side walls. It covers a range from
subsonic speeds to a Mach number of approximately 1.2.
A view of wind tunnel 8-1 is shown in figure 3 and a detailed description is given in reference 2.
2. 8UPERSOKIC WIND TUNNEL, 8-2
The small continuous supersonic wind tunnel 8-2 has a 15 mm x 15 mm (0.6 in x 0.6 in) test section. Nozzle blocks for Mach numbers of 1.5 and 2.2 respectively are available.
8-2 is a non-return, suction type tunnel. It takes in atmospheric air through the silicagel dryer of wind tunnel
8-1, and uses the latter's vacuum pump for the drive. This tunnel has an independent schlieren system.
-9-Pour les essais en supersonique. des bloes de tuyères à géométrie fixe, recouverts d'araldite. et conçus pour des nombres de Mach de 2.2 et 2.0 sont utilisés.
La chambre d'essai transsonique, T-l. a des parois supérieures et inférieures à fentes, les parois latérales sont solides. Le domaine d'opération varie entre Ie régime soussoni-que et un numbre de Mach d' environ 1 •. 2.
La figure 3 montre la soufflerie 8-l~ et une descrip-tion détaillée est donnée en référence
2.
2. LA 80UFFLERIE 8UPER80NIQUE. 8-2
La petite soufflerie supersonique continue. 8-2, a une chambre d'expérience de 15 mm x 15 mmo Elle est équipée de deux tuyères à p~fois fixes: une pour M
=
L.5 et l'autre pour M=
2.2.L'aspiration et le refoulement se font à l'air libre. l'entrée d'air at mosphérique se fait par Ie dessiccateur à
silicagel de la souffleri e 8-1, dont la pompe à vide est . égale-ment utilisée pour l'entraineégale-ment. Cette soufflerie possède un
3. BLOW-DOWN WIND TUNNEL, 8-3
The super sonic blowdown wind tunnel. 8-3, has a 5 cm
x 6 cm (2 ~n x 2.4 in) test section fitted with a half nozzle
designed for Mach number of 2.75. It is driven from 10 high
pressure
a~r
reservoirs with a total capacity of 4.4 m3 (155 ft3)at 40 atmospheres absolute, and exhausts to the atmosphere.
The maximum stagnation press~re is 6 ata.
The reservoirs are filled with air at a pressure of
40 atm.abs. in 6 hours by a two stage 7 kw reciprocating
com-pressor through a silicagel dryer and a filter.
The available running time of wind tunnel 8-3 at a
stagnation pressure of 4 to 6 atm. is approximately 2 minutes.
The tunnel can also be connected to the VKI 60 m3•
-40 atm air supply. Then the running time of tunnel 8-3 is as high as 90 minutes. The temperature is kept constant in this
air supply by 5 t ons of metal sheets stored inside the reservoir.
A view of wind tunnel 8-3 is shQwn in figure
4
0
4.
BLOW-DOWN WIND TUNNEL, 8-4The supersonic blow-down wind tunnel 8-4 has an
8 cm x 9 cm (3.2 in x 3.6 in) test section. It is fitted with
-11-3. LA SOUFFLERIE A 'RAFALES, S-3
La soufflerie supersonique à jet, S-3, a une chambre d'essai de
5
cm x6
cm, munie d'une demie tuyère, conçue pour un nombre de Mach de 2,75. La soufflerie est actionnée par 10 réservoirs d'air comprimé, ayant une capacité totale de 4,4 m3 à 40 atm., avec refoulement à l'air libre. La pression généra-trice maximum est de6
atmosphères.Les réservoirs sont remplis d'air comprimé à 40 atm. en 6 heures par un compresseur alternatif à deux étages de 7 kw, au travers d'un des&ccateur à silicagel et un filtre.
Le temps de fonctionnement de la soufflerie S-3, à une pression d'arrêt de 4 à
6
atm., est d'environ 2 minutes.Les réservoirs peuvent être raccordés au réservoir d'air comprimé d'une capacité de 60 m3 , également sous 40 atm., de la soufflerie hypersonique H-l. Le temps de fonctionnement de la soufflerie S-3 est alors de 90 minutes. La température d'arrêt est maintenue constante par la présence de 5
de têles métalliques contenues dans les réservoirs.
La figure
4
montre la soufflerie S-3.4. LA
SOUFFLERIE ARAFALES , S-4tonnes
La soufflerie à rafales, S-4 possède une. c.hambre d".
ex-i~~rience de Bcm x 9cm et ~ne t~yèr~ de section rectangulaire
for a Mach number of 3.5. The maximum stagnation pressure 1S 15 Atm. The diffuser has an a~justuble throat.
Tunnel 8-4 is connected to the 60 m , 40 atm a1r 3 supply. lts running time is 20 minutes.
This facility 16 provided with a schlieren systeru lliounted on
a mobile frame supported on rails to allow axial scanning of
the complete testsection. A view of the wind tunnel 8-4 is shown in figure 5.
5. THE WATER TAilLE
The free surface water table 1S used for hydraulic
analogy bf two dimensional compressible flows. l t has a test section of width ~ 0.86m(34 in) and length of 1.50:m (51 in), with u clear glas floor for flow visualization. Water flow 1S
maintained by means of a pump in a closed circuit. The essential instrumentation consists in a micrometric depth gauge for quantitative measurements and a shadowgraph system used to visualize surface waves. ~ sample of a ~hadowgraph
~rom the'water table is shewn in fig. 6.
Although the water table is a device which was
developed roany years ago, and the analogy has roany limitations, i t represents a useful, simple tooI fer academie purposes. The present one was designed by students and has lent itself to several student projects, an example of which is given in reference 9.
-13-de 3,5. La pression de stagnation max~mum est de 15 atm. avec
refoulement à l'atmosphère. Le diffuseur est à col règlable.
Elle est alimentêe par le réservoir de
60
m3 à40
atm.de la soufflerie H-l et son temps de fpnctionnement est üe 20
minutes. Elle est équipêe d'un système strioscopique monté sur
un pont roulant permettant l'exploration axiale de toute la
chambre d'essai. La figure
5
montre la soufflerie 8-4.5. TABLE A EAU
La table à eau à surface libre est employé pour
l'ana-logie hydraulique d' écoulements bidimensionnels compressibles.
La section d'essai a une largeur de
0,86
m et une longueur de1,50 m. Elle possède un fond transparent en verre permettant
la visualisation. L'écoulement de l'eau est maintenu par une
pompe fonctionnant en circuit fermé. L'instrumentation
essen-tielle consiste en une jauge micrométrique de profondeur pour
les mesures quantitatives et une méthode par ombres pour la
visualisation des ondes de surface (voir f ig.
6
)
.
Bien que la tabl e à eau soit un procédé inventé
depuis plusieurs années et qu' elle soit ü'emploi limité, elle
représente un instrument pratique et simple dans le cadre du
programme académique. La table à eau de l ' I .V.K. a ét ê conçue
par des élèves et a servi à différents projets d'étudiants,
HYPERSONIC WIND TUNNELS
Two intermittent hypersonic wind tunnels are ~n
operation at V.K.I.: li-l and H-2.
1. INTERMITTENT HYPERSONIC WIND TUNNEL. H-l
The intermittent hypersonic wind tunnel H-l has a 12 cm x 12 cm (5 in x 5 in) testsection. It is designed to cover a Mach number range from 4 to 8 at stagnation pressures up to 35 ATA and stagnation temperatures up to 500°C (14000R).
Running time of tunnel is from 1 to 3 minutes, depending on the operating condition.
The tunnel air supply is taken from two high pressure
a~r
reservoirs with a total capacity of 60 m3 (2100 ft 3 ).Maximum storage pressure of the reservoir is 40 atm. A 125 liP compressor plant is used to fill up the reservoirs in about 2 hours. Suction by meanS of a supersonic ejector is provided in the tunneldiffuser ~n order to achieve the high pressure ratios necessary for operation at Mach numbers of
6
and above. The ejector is fed from the same air supply as the tunnel circuit.Heating of the tunnel air is achieved by means of a storage heater consisting of a bed of 2 tons of ferro-silicon pebbles contained in an ~internally insulated steel shell. The pebbles are pre-heated prior to a run by means of an auxiliary electric heater and blower system. A semi-automatic pressure regulating valve maintains constant pressure during a run.
-15-SOUFFLERIES HYPERSONIQUES
Deux souffleries à rafales ont été conçueset sont ~p~rationnelles
a
l'I.V.K.: H-l et H-2.1. LA SOUFFLERIE HYPERSONIQUE A RAFALES, H-l
Cette soufflerie a une chambre d'expérience de 12 cm x 12 cm et a été conçue pour un nombre de Mach variant de 4 à
8
pour une pression d'arrêt allant jusqu'à 35 atm et une température d'arrêt maximum de 500°C. Les temps de fonctionnement varient
de 1 à 3 minutes.
La soufflerie est alimentée par deux réservoirs d'air comprimé, d'une capacité totale de 60 m3 sous 40 atm. Un ensemble de compresseurs de 125 CV remplit les réservoirs en environ 2
heures. Un éJecteur supersonique fournit une dépression à la
sortie du diffuseur afin d'obtenir le rapport de pression néces-saire pour le fonctionnement à des nombres de Mach de 6 et plus. L'éjecteur est aliment é par la même source d'air que: la sou~
flerie o
Le préchauffage de l'air de la soufflerie se fait par stockage de chaleur, dans un échangeur comprenant 2 tonnes de billes de ferro-silicum. Les billes sont ohauffées avant l'essai par circulation en oircuit fermé d'air chauffé sur des résistances électriques. Une vanne semi-automatique maintient la pression génératrice oonstante pendant l'essai.
Typical operating characteristics are as follows:
Mach number M 5 6
7
8Stagnation pressure (atm) 17 30* 30* 30*
Stagnatlon temperature (0 c) 120 230 350 500
Weight flow (Kg/se c) 2.0 1.5 0.80 0.35
Reynolds number per cm
a..o ...
6 0.28 0.22 0.10 0 •. 055Running time (min) 1 1 ~ 2 ~ 2
* with ejector
Two pairs of nozzle blocks are available :
contoured b10cks for M
=
5,3, and wedge t i l t b10cks which coverthe range
4
< M <8
.
Instrumentation 1ncludes a schlieren optical system (single pass for two dimens10nal flows, and double pass for axi-symmetric configurations), fast response pressure and
temperature measurements and reco~ding equipment, and a continuous
record of stagnation pressure and temperature .
-17-Le tableau suivant donne les caractéristiques opéra-tionnelles typiques:
Nombre de Mach M 5 6 7 8
Pression d'arrêt (atm) 17 30* 30* 30* Température d'arrêt
(Oe)
120 230 350 500 Débit d'air (Kg/sec) 2.0 1.5 0.80 0.35 Nombre de Reynolds 10-6 0.28 0.22 0.10 0.055par cm
Temps de fonction:- (min) 1 1 ~ 2 .1. 2 2
nement
*
avec éjecteurDeux paires de bloes de tuyères sont disponibles: des bloes profilés pour Mach
=
5.3 et des bloes à parois planes inclinables pour le domaine de Mach4
à8.
L'instrumentation comprend un système optique classique (simple passage pour éeouLements plans et double passage pour I écoulements de révolution), des instruments de mesure de pression et de température à réponse rapide et un système d'enregistrement. La pression et la température d'arrêt sont enregistrées de
façon continue.
La soufflerie hypersonique est illustrée figure 7 .
2. BLOW-DOWN HYPER80NIC WIND TUNNEL, H-2
The small hypersonic wind tunnel H-2 has a conical
nozzle giving a free jet
4
cm (1.6 in) diameter at a Machnumber of about
6.
It is fed from the small 40 atm air supply described under 8-3 and exhausts to the atmosphere. The running time is of about two minutes.
A storage heater consisting of
33
kg (72.5 lbs) ofaluminium pebbles can raise the air temperature to 2000
C
(390
0F). A centrifugal blower and a 2,5 kw electric resistance heater in open circuit with the storage heater, serve to pre-heat the pebbles.
Instrumentation includes a schlieren system.
We pla~. to conneet this tunnelto the heater of tunnel H-l and
-1
9-2. LA SOUFFLERIE HYPERSONIQUE A RAFALES, H-2
La petite soufflerie à rafales, H-2, a une tuyère
conique, avec jet libre de
4
cm de diamètre à un nombre deMach de
6
environ.La soufflerie est alimentée par Ie petit réservoir
d'air comprimé à 40 atm., décrit dans l'installation du S-3.
Le refoulement se fait à llair libre. Le temps de fonctionn~
ment est d'environ 2 minutes.
Le préchauffage de l'air de la soufflerie est assuré
par un échangeur contenant 33 kg de~ billes d,aluminium portées
préalablement à une température de 200°0 par passage d'air
chauffé sur des résistances électriques de 2,5 kw.
L'instrumentation comprend un système strioscopique.
l .
11 est prévu de la raccorder proehainement à l'êchangeur de
la soufflerie H-l et done d'augmenter son temps de
TURBOMACHINERY LABORATORY
Six test installations at V.K.I. support the
turbomachinery laboratory's program of teaching anQ researcho This equipment includes a subsonic calibration-duct, a
subsonic cascade tunnel, a transonic-supersonic cascade
t~nnel, a low speed and a high speed rotor test stand and a demonstrative water-compressor stand.
A detailed descriotion of the main items and of their ancillary equipment is given below.
I. LOW SPEED FACILITIES
The equipment consists of:
1. The low speed instrument calibration duct,
L-4.
2 '. The low speed cascade tunnel, C-l.
3. The low speed rotor test stand, R-l.
-21-LABORATOIRE DE TURBOMACHlUES
Six souff+eries, supportant le programme
d'enseigne-ment et de recherche du laborato~re de· turbomachines sont
en opération à l ' IoV.K. Cet équipement comprend une veine
sub-sonique d'étalonnage. une soufflerie subsub-sonique à grille d'aubes,
une soufflerie transsonique-supersonique à grille d'aubes, un
banc d'essai de rotor à bas se vitesse et un banc d'essai de
rotor à haute vites~e et un banc de démonstration de compresseur
à eauo
Une description des souffleries et de leur équipement
auxiliaire est donnée ei-dessous.
I. SOUFFLERIES SUBSONIQUES
L'équipement consiste en:
1. Une veine d'étalonnage à basse vitesse. L-4.
20 Une soufflerie subsonique à grille d'aubes. C-l.
3Q Un banc d'essai de rotor subsonique. R-l. 40 Un compresseur à eau, R-3o
1. Low speed instrument ealibration duet, L-4 (fig.
8 )
Purpose: calibration and development of instruments for flow
survey~
Des cripti on: TUnnelL-4 .·., i Q a small wind tunnel having a
cireular test section, 8 inches in diameter. It has a non-return arrangement with atmospheric intake and exhaust.
It is driven by an axial flow fan powered by a 75 HP de motor, fed from an M.G. set.
The maximum velocity is about 400 ft/sec.
It is equipped with four instrument ports, and a set of handdriven instrument earriages allowing translation and rotation in one or two directions.
2. Low speed cascade tunnel, C-l (fig.9)
Purpose: nevelopment of blade section"and investigation of primary and secondary flows in cascade~.
Description: TUnn~~l~·l has a rectangular test section(5 in x 20 iru}~.Lt has a non return arrangement with
atmos-pherie intake and exhaust.
It is driven by a centrifugal blower, powered by a 25 HP de motor, maximum air speed at inlet: 120 ft/sec.
- - - -- - -
-
-23-10 La veine d'étalonnage à faible vitesse, L-4 (fig.8 )
But: étalonnage et étude d'instruments d'exploration d'écoule- .
ments ..
Description: i l s'agit essentiellement d'une petite soufflerie ayant une section d'essai circulaire d'un diamètre je
20 cm, l'aspiration et le refoulement se faisant à l'air libre.
La soufflerie est actionnée par un ventilateur axial entrainé par un moteur à courant continu de 75CVo
La vitesse maximum est de 120 m/sec ..
La soufflerie est équipée de 4 supports d'instruments et d'un ensemble de chariots à commande manuelle permettant des mouvements de translation et de rotation dans une ou deux
directions.
2Q La soufflerie subsonique à grille d'aubes, C-l (fig ..
9 )
~: étude de profils d'aube, et d'écoulements primaire et secondaire dans une grille d'aubes.
Description: la soufflerie a une section d'essai rectangulaire de 0,125 m x 0,54 m, a~ec aspiration et refoulement
à l'air libre&
Elle est entrainée par un ventilateur centrifuge, actionné par un moteur à courant continu de 25 CV, la vitesse maximum est de 40 m/sec.
The tunnel can be equipped with both solid and porous side walls in the test section (the latter for boundary layer removal). Slots in the side walls, ahead of the test section complete the boundary layer removal system. Top ~nd bottom walls are porous and deformable.
Usually, sets of
7
blades are used. The inlet direc-tion to the blades can be changed by steps. The blade stagger angle can be changed continuously.Auxiliaries: a 60 HP suction blower is used for boundary layer removal. Independent control of the amount of suction is provided for each porous wallor slot. The tunnel is equipped with one downstream instrument carriage, giving a translation parallel to the cascade front, a rotation around an axis parallel to blade height, a translation parallel to the blade height and one parallel to the blade chord. It is remotely actuated.
An upstream instrument carriage allows inlet flow survey, both spanwise and pitchwise.
Instrumentation: sets of combined pitot-static and directional probes, Betz micromanomeuers, multimanometers and electrical pressure gauges are used.
-25-La soufflerie peut être équ~pée de parois latérales solides ou poreuses (ces dernières pour l'aspiration de la
couche limite). Des fentes dans les parois latérales à l'avant de la section d'essai complètent le système d'aspiration de
couche limite. Les par6is supérieures et inférieures sont
poreu-ses et déformables.
Habituellement, on utilise une grille de
7
aubes. L'angle d1entrée d'air peut être changé par valeurs discrètes. L'angle de calage peut être varié de manière cöntinueoAuxiliaires: un aspirateur centrifuge de
60
cv
est employé pour l'aspiration de la couche limite. La quantité aspirée pour chaque paroi poreuse ou fente est controlée indé~mment ~ La soufflerie est équipée d'un chariot télécommandé en aval, donnant un mouve-ment de translation parallèle au front de la grille, une rotation autour de l'axe parallèle à la hauteur de l'aube, un mouvement detranslation parallèle à la hauteur de l'aube et un mouvement parallèle à la corde.
Uno chariot en amont permet l'exploration de l'écoule-ment d'entrée, i l vient au front de grille et à la hauteur d'aube o
Instrumentation: sondes combinées (pitot-statiques et direc-tionnelles), manomètre de Betz, multimanomètre et capteurs à
3. Low speed rotor test stand, R-l (fig.lO)
Purpose: study of low speed single rotor or single stage
performance, such as investigation of blade loadings, tip clearance losses and correlation with cascade data •
. Description: the machine has a rotor tip diameter of 28 inches; hub diameter of 22 inches. It has a non-return
arrangemen~ with atmbspheric intake and exhaust.
It 1S driven by a 75 liP dc motor. The maximum rpm is
3 600 corresponding to a maximum tip speed of 440 ft/sec.
It is equipped with
4
x4
instrument ports (in front and behind the inlet guide vane, behind the rotor, behind the stator).Rotational speed is continuously variabIe. Pressure ratio is controlled by a throttle valve in the exhaust pipe. Blade number and st agger angle can be changedo
Instrumentation is the same as for the low speed cascade tunnel. liot wire instrumentation is also available.
-27-3. Le banc d'essai de rotor subsonique, R-l (fig. 10)
But: Etude des performances de rotor seul ou d'étage (perfor-mance de profil, effet de jeu, écoulements
secon-daires) et corrélation des données de grille d'aubes.
Description: Ie diamètre extérieur du rotor est de 70 cm, Ie
diamètre de moyeu de
55
cm; aspiration et déchargeatmosphériques.
Le banc d'essai est actionné par un moteur à courant
continu de
15
cv.
La vitesse maximum en bout d'aubes est de135
m/sec.
Le banc est équipé de
4
x4
supports d'instruments(devant et derrière les aubes directrices d'entrée, derrière Ie rotor et Ie stator)o
Le nombre de tours peut être varié de manière conti-nue. Une vanne de règlage dans la conduite de refoulement
per-met la variation du débito Le nombre d'aubes et l'angle de
calage peuvent être modifiéso
Instrumentation: celle-ci est la même que pour la soufflerie
à grille d'aubes subsoniques. Un système de mesure par fils
Power supply for the,. low speed facilities
The three facilities are fed by two M.G. sets, one consisting of a 325 HP ae motor, driving two 150 HP generators, one of a 53 kw ac motor, driving a 38 kw de generator.
Speed control in the tunnel is obtained by action on both tunnel motor and generator exeitation.
This arrangement allows the operation of all the
tunne~ independehtly at the same time~ when the high speed rotor test stand is not in operation.
-29-Source de puissance pour les souffleries subsoniques
Les trois souffleries sont actionnées par deux groupes
Ward-Leonard, dont l'un possède un moteur de
325
cv
en courant alternatif, actionnant deux génératrices de 150 CVj l'autre possède un moteur à courant alternatif de53
kw, actinnnant un générateur en courant continu de 38 kw.Le controle de vitesse est obtenu par action sur
l'excitation du moteur et de la génératrice ~
Ce système d'alimentation perrnet le fonctionnement
simultané des trois installations lorsque le banc d'essai de rotor à haute vitesse ne fonctionne pas.
4, The water compressor, R-3 (fig. 11 )
Purpose: visualization of flow phenomena occuring in axial flow turbomachinery, such as tip clearance flow~
rotating stall propagation, blade row interference, Measurements of pump performance.
Description: ~'ompressor ~~3 isa one to three stage axial flow pump using water as a working fluid. It is of the closed circuit type o Hub and t i p
diameters are maintained constant throughout (hub diameter:
8.3
inches, tip diameter: 11.4 inches) .The test pump is driven by a ~ HP variable speed dc motor, '1ithmax. speed of 1000 rpm., A booster pump, driven by a 3 HP motor takes up for line losses . A butterfly throttle valve is provided in the circuit ~ Instrument ports are avail-able for survey behind any blade rows.
A system for injecting a colored tracer is built-in o
Variation of blade setting angles and blade row spacing for up to three stages is available ~
-31-4. Le compresseur à eau, R-3 (fig,ll )
But: visualisation des phénomènes d'écoulement en turbomachines axiales, tel que écoulement de jeu, décrochage tournant,
pompage, interférence entre roues. Les mesures de performance de pompes axiales sont aussi possible. Description: i l s'agit d'une pompe axiale de un jusqu'à trois
étages, utilisant l'eau comme fluide et fonctionnant en circuit fermé. Le diamètre de moyeu et le diamètre en bout d'aubes sont maintenus constants (moyeu: 21 cm, en bout d'aubes: 29 cm).
La pompe est actionnée par un moteur de ~ CV à courant continu à vitesse maximum de 1.000 tours par minute. Une pompe auxiliaire actionnée par un moteur de 3 CV permet une varia-tion indépendante de la ·vitesse axiale. Une vanne de règlage est prévue dans le circuit. Des supports d'instruments sont disponibles pour l'exploration derrière chaque rangée d'aubes .
Un système pour l'injection de traceurs colorés
est incorporé.
L'angle de calage des aubes et l'espacement des rangées d'aubes sont variables,
Instrumentation: des sondes combinées et des multimanomètres à eau.sont uti1isés.
11. HIGH SPEED FACILITIES
l ~ The high speed cascade tunnel, C-2 (fig.12 )
Type: blowdown tunnel with diffuser Range of Mach number:
subsonic: continuous up to M
= 0.9
supersonic: variabIe with different nozzle blocks Blowdown time: approximately ten minutes
Test section: 2 inches x
4
inchesTop and bottom walIs: flexible, perforated brass plates, which can be adjusted to the flow outlet direction Nozzle: asymmetrieal, the top block is the contoured one,
and is interchangeable for each Mach number.
Instrumentation: pressure gauges: settling chamber: U-tube manometer
statie pressure on blades: multitube manometer
outlet flow: strain gauge transducers coupled to recorders Mach number~ an aircraft machmeter is used as a first check
of the Mach number in the test section. Remote controlled carriage for wake traverse.
-33-11. SOUFFLERIES A HAUTE VITESSE
1 0 La soufflerie à grille d'aubes à haute vitesse, C-2 (fig.l2)
Type: soufflerie à rafales avec diffuseur Domaine du nombre de Mach:
en soussonique: jusqu'à M
=
0.9
en supersonique: varrable en utilisant des bloes de tuyères différents.
Durée des rafales: approximativement 10 m~nutes Section d'essai:
5
x 10 cmParois supérieures et inférieures: plaques de bronze flexibles
et perforées, qui peuvent être adaptées à la direction de l'écoulement de sortie
Tuyère: asymétrique,le bloc supérieur est profilé et est interchangeable pour chaque nombre de Mach en super-sonique.
Instrumentation: système de mesure de pression chambre de tranquilisation: tube en U
distribution de pression statique sur les aubes: multimano-mètre à rnercure
traverse dans l'écoulement de sortie: capteurs de pression à Jauges de contrainte couplés à des enregistreurs graphiques.
nombre de Mach: un rnachmètre d'avion est utilisé pour un premier controle approximatif du nombre de Mach dans la section d'essai.
On dispose d'un chariot porte-sonde télécommandé pour les explorations de sillage.
2. The high speed axial compressor, R-2 (fig. 13)
~: test rig for single rotor or single stage
Range of operation: relative inlet velocities in subsonic, transonic and supersonic range (up to M
=
1.5). In the supersonic range testing is only possible when using freon 12.Hub diameter: 13.6 inches to 5.5 inches Tip diameter: 16 inches
The test compressor is driven by a 250 HP dc motor of the dynamometer type. The maximum rotor speed is 16 200 rpm.
The test compressor operates ~n a closed, gas-tight loop. This makes possible operation at various pressures and with gases other than air, thus providing an extended range of independent Mach and Reynolds number.
A freon regenerating system is coupled with this facility, allowing continuous operation with freon.
Mass flow and back pressure are controlled through a remote controlled throttling valve.
The stagnation temperature at rotor inlet is automatically maintained constant by means of a heat exchanger
installed in the closed loop.
Instrumentation: fast response temperature measurements, galvanometers, manometers, schlieren system,
-35-2. Banc d'essai d'étage à haute vitesse R-2 (fig. 13 )
Type: banc d'essai pour rotor seul ou étage complet
Domaine d'opération: vitesse relative en subsonique, trans
-sonique ou super-sonique (Mach relatif maximum:l.5). Pour le domaine supersonique le milieu est eonstitué
de fréon 12.
Diamètre de moyeu: d~ 0,34 \~
a
o~~4 m Diamètre d'enveloppe: 0,386 mEntratnement par moteur à courant continu de 250 CV, du type dynamomètrique. Nombre de tours/min: max. 3000, le nombre de tours/min max. du rotor: 16.200.
Fonetionnement en circuit fermé, étanchej possibilité d'opération
à pression variable et avee d'autres gaz que l'air permettant de faire varier indépendamment le nombre de Reynolds et de Mach.
Un circuit de régénéretion de fréon est en place, permettant l'utilisation du bane d'essai en continu, sous fréon. Une vanne permet de règler le débit et le niveau de contre
-pression.
La température ' d'arrêt amont est maintenue constante par un système automatique.
Instrumentation: instruments de mesure de température à réponse
rapide, galvanomètres, manomètres, système sehlieren, peignes de tubes de Kiel, thermocouples, dynamomètre mesureur de coupIe.
LOW DENSITY WIND TUNNEL
The VKI low density wind tunnel, which became operative in July 1963, normally relies on the use of a free jet, expanded through a very large pressure ratio (in excess of a thousand), to produce a rarefied hypersonic flow. Knudsen numbers per centimeter of the order of unity and Mach numbers in excess of ten may be achieved using this technique, the only limitation being the occurence of non-isentropic effects in the jet ex-pansion at higher Knudsen and Mach numbers. The maximum jet diameter is of the order of 10 in. and the usabie (i.e. nearly uniform) jet core has a diameter of the order of 1.2 in.
The tunnel enclosure consists of a cylindrical
vacuum tank,
50
in. sin ~d1ameter and TO ·in. in length, providedwith two large lateral doors equipped with observation windows.
~he vacuum tank is connected to a manifold which is, in turn,
connected to the pumping system via two 24 ino diameter gate
valves.These valves allow the pumping system to be isolated from the tunnel in the event that modifications to the test
se~-up are necessary during the course of .a run.
The pumping system consists of two 24 in. Edwards
30B5 oil booster pu.mps backed by four Edwards HlSC3000 rotary
pumps. Maximum pumping speed is 20,000 liters per second at
achamber pressure of 1 to 5 x 10-3 Torro The leak rate of the
-2
..
37-SOUFFLERIE A GAZ RAREFIES
La aouff1erie à gaz raréfiéa de l'IVK qul fonctionne depuia juillet 1963, utillae la technique de la détente d'un
jet libre ~ travera ~n tr~. grand rapport de pre.aion (exc~dant
mille), pour réaliaer un écoulement hypersonique raréfié. Des nombres "de Knudsen par centimètre de l'ordre de l'unité et des
nombres de Mach de plus de 10 peuvent ~tre obtenus en utilisant
cette technique. La seule limitation est l'apparition d'effets
non-isentropiques .lors de la détente du jet,pour des nombres
de Knudsen et de Mach élevés. Le diam~tre maximum du jet est
de 25 cm et la partie utile (o.à.d. quasi uniforme) du jet a
un diamètre d'environ
3
om.:La soufflerie se compose d'un réservoir à "vide c~li~
drique d'un diamètre de 1,2 m et d'une longueur de 1,8 m, ayant deux grandes portes latérales pourvues de fenêtres d'observa-tion~ Le réservoir à vide est conneeté à un collecteur,
lui-même connecté aux pompes par deux vannes d'un diamètre de 0,6 mo
Ces vannes permettent l'~solation du système de pompage, de
façon de pouvoir faire des modifications nécessalres à
l'en-semble expér1mental durant un essai.
Le système de pompage se compose de deux pompes à
diffusion d'hui le (Booster), type Edwards 30B5, d'un diamètre
de 0,6 m.
La vitesse de pompage maximum est de 200000 litres
par seconde, à une pression de 1 à 5 x 10-3 Torr. Le taux de 2 "
one thousandth the normal pumping speed), and an ultimate
-4
pressure of 10 Torr may be obtained under no-flow conditions.
A two-degree-of-freedom traversing gear, remotely controlled by means of a selsyn system, is mounted inside the tunnel enclosure. Thus, both axial and radial flow surveys can be made with various types of probes. The system also includes a third selsyn for probe rotation.
Numerous instruments are available for pressure measurements. A high sensitivity Atlas micromanometer with a
resolution of 2 x 10-
5
Torr is used for impact probe surveys.Alphatron, McLeod, Pirani and vibrating reed gauges are all used to continuously monitor the relevant pressures during a test. An ionization gauge is used to check reference vacuum conditions.
The Institute has developed original instrumentation
based on
a
flow modulation technique, which has made possiblethe application of hot wire probes and force transducers to the study of rarefied flows. The hot wire probes, manufactured
from platinum wire
of
one micron nominal diameter, are usedfor making detailed surveys ot the jet structure. The force
probes, which incorporate: barium titanate transducers, are
used, for example, to perform drag force measurements on small bodies under near-free-molecule flow conditions.
~39-seconde (moins de 1/1000 de la vitesse normale de pompage), et une pression limite de 10-4 Torr peut être réalisée en l'ab-sence d'éooulernents.
Un rnécanisme de traversée à deux degrés de liberté, cornrnandé à distance, est installé dans le caisson à vide. 11 est donc possible d'effectuer des explorations axiales et radiates de l'écoulement à l'aide de sondes diverses. Un appareillage supplémentaire perrnet la rotation de la sonde •.
Le laboratoire dispose d'une série d'instruments pour la mesur~ des pressions. Un micromanomètre Atlas de très grande sensibilité, avec une résolution de 2 x 10-
5
Torr est employé pour 1'exploration du jet.Des sondes Alphatron, McLeod, Pirani et des sondes à amortissement sont utilisées afin de contraler les pressions en cours d'essai. Une jauge à ionisation est employée pour le contrSle,endivers points de l'installation, du vide de réfé-rence.
L'Institut a conçu une instrumentation originale, basée sur une technique de modulation d'éooulement, qui permet l'utilisation de .sondesà fil chaud et de capteurs de force pour l'étude des écoulernents de gaz raréfiés. Les sondes à fil chaud, f,aites de fil de platine d'un diamètre nominal d'un micron, sont utilisées pour l'~tude détaillée de la structure du jet. Les sondes de force, comprenant des capteurs au titanate de baryum sont utilisées, par exemple, pour effectuer dea
mesures de .tratnée de petits modèles en régime moléculaire et transitionnel.
The use of these probes for the measurement of speed ratio (flow speed / mean molecular speed), the determination of translational freezing effects in expanding rarefied flows, and for the study of the detailed flow structure around
bodies and in shock waves is presently under development.
Research studies involving high gas temperatures are conducted with the aid of an arc heater. This device, eonstrueted at the VKI, utilizes a tungsten cathode and a copper nozzle-shaped anode, both of whiehare water-cooled. The arc is powered by a welding-type power supply and ean be operated at 20 kw. The heated gas is discharged from
the arc heater intoa variable length settling ohamber which can be fitted with nozzles having throat diameters up to
15
mmo Argon gas is used as the working fluid.Typieal operating conditions are : stagnation
tem~eratures from 2000 - 6000 oK, stagnation pressures
from 30-200 Torr, and mass flow rates from 0.2 to 200 grams/
seconde The arc heater iS fully instrumented for heat balance measurements. Langmuir probes are used to measure the charged particle density and electron temperature.
In summary, the low density wind tunnel at the
VKI is fully equippe~ to perform a wide variety of experiments
in both heated and unheated flows under rarefied conditions.
~
-41-L'emploi de ces sondes pour la mesure du rapport des vltesses (vitesse de l'écoulement / vitesse moléculaire), la détermination d'effets de déséquilibre thermodynamique dans les détentes raréfiés et pour l'étude de la structure détaillée de l'écoulement autour de corps et dans des ondes de choc est envisagé.
Des recherches concernant des gaz à haute température sont entreprises à l'aide d'un réchauffeur à arc. Cet appareil, constnuit à l'IVK, se compose d'une cathode en tungstène et d'une anode en cuivre tous deux refroidies par eau. L'arc est alimenté par un générateur de soudure modifié de 20 kw. Le gaz réchauffé passe dans une chambre de tranquillisation de longueur variabIe à laquelle peuvent être connectés des tuyères ayant un
diamètre allant jusqu'à 15 mm • L'argon est normalement utilisé
comme gaz d'essai.
Les conditions d'opération typiques correspondent à des températures d'arr~t de 2.000 à 6.000oK, des pressions d'arrêtde 30 à 200 Torr, des débits de 0,2 à 2,0 gram~es/sec. Le réchauffeur à arc est complètement équipé pour les mesures de bilans thermiques. Des sondes de Langmuir sont utilisées
pour la mesure de densités électroniques et ioniques et la température électronique.
En conclusion, la soufflerie à gaz raréfiés de l'IVK est équipée de façon à pouvoir effectuer une grand variété d'expériences sur les écoulements raréfiés à températures normales ou très élevées.
La 60ufflerie ~ gaz rar~fi~s est illustr~e dans la fig. 14.
FUTURE FACILITIES
The von Karman Institute has a long range plan for".
maintaining excellence and timeliness of its training program.
Facilities included in the plan that are to be placed into operation during the coming year are:
A fluidics laboratory
A high power turbomachinery test rig A high enthalpy wind tunnel
A high pressure a~r storage system
Magnetohydrodynamic laboratory equipment
-43-INSTALLATIONS FUTURES
L'Institut von Karman fournit un programme de develop-pement de ses installations pour maintenir la haute qualite de
son enseignement. Les nouvelles installations prevues au pro-gramme qui doivent de ven ir ope~ationnelles en cours d'annee sont:
Un laboratoire pour l'etude d'amplificateurs fluides Un banc d'essai de turbomachine à puissance élevée
Une soufflerie à haute enthalpie
Un système d'alimentation en air à haute press10n
THE FLUIDICS LABORATORY
Description: the laboratory is equipped with a water table for
preliminary design studies of fluid devices or groups of fluid
devices. The table is 3 m. (10 ft) long and 0.8 m. (2.6 ft) wide.Water is supplièd to the devices from a constant head reservoir located 0.8 m. (2.6 ft) above the tabIe. The reser-voir is fed by a circulating pump with a capacity ·of 150 liters (5.2 cu.ft) per minute.
A high pressure a~r supply is also available, from a 10 m3 (350 cu.ft), 15 atm. reservoir. The capacity of the compressor supplying the reservoir is 800 liters (28 cu. ft)
of air per minute at atmospheric conditions.
Pressure in the main supply line to the fluid devices
is 3 atm. (45 lb/in2 ). Four test benehes are instrumented. The equipment includes flow regulators, manometers, pressure
gauges, flow meters and hot wire instrumentation.
Projected research: the researchprojected for the laboratory is essentially, but not exclusively, of the fundamental type. The work includes steady as weIl as unsteady flow investiga-tions, in various types of fluid devices.
-45-LE LABORATOIRE D'ETUDE D'AMPLIFICATEURS FLUIDES
Description: le laboratoire est équipé d'une table à eau pour
l'étude de dispositifs fluides ou de groupes de dispositifs
fluides. La table à une longueur de 3 m. et une largeur de 0.8 m.
L'alimentation en eau des dispositifs se fait à l'aide d'un
réservoir à niveau constant se trouvant à 0.8 m. au dessus de
la table. Le réservoir est alimenté par une pompe de
circula-tion, ayant une capacité de 150 1. par minute.
La laboratoire dispose êgalement d'un système
d'ali-mentation en air comprimé à partir d'un réservoir de 10 m3 à
15 atm. La capacité du compresseur alimentant le rêservoir est
de 800 1. d'air par minute, aux conditions atmosphériques. La press10n dans la conduite principale vers les
dispositifs fluides est de 3 atm. Quatre bancs d'essai sont
équipés. L'instrumentation comprend des rêgulateurs de pression, des manomètres, des capteurs de pression, des indicateurs de débit et un équipement à fil chaud.
Recherches prévues: les recherches prévues sont essentiellement,
mais non exclusivement, du type fondamental. Elles concernent
l'êtude d'êcoulements stationnaires et instationnaires dans
THE R-4 COMPRESSOR TEST RlG
This facility has been designed to allow for the testing of low hub-tip ratio axial compressors with one or two stages.
Tests will be possible at relative Mach numbers up to 1.7 in air, and about 3.4 in freon-air mixture. Provision is also made for its use as test bed for advanced single
stage radial compressors. lts primary use will be the testing of a single stage advanced transonic axial flow compressor of low hub-tip ratio, using the concept of blunt trailing edge blades, developed earlier at VKl. The design conditions chosen correspond to the requirements for the next generation of front fans for high thrust jet engines. This new facility will have its auxiliary system (control room. instrumentation,
freon and lubrication circuits) in common with the R-2 facility.
Description: the stand will consist of a closed test loop which can be operated at various presBure levels and with gases
other than air, providing an extended range of independent Mach and Reynolds numbers. l t can be used for testing single and two stages axial flow compressors and single stage radial compressors. The maximum blade tip diameter to be accommodated in R-4 is 16 inches (40.6 cm). Minimum root diameter ~s
6 inches (15.2 cm).
-47-BANC D'ESSA1 R-4
Cette soufflerie a été conçue de manière à permettre
l'essai de compresseurs axiaux à rapport diamétral faible, à
un ou deux étages.
Les essais &eront possibles à des nombres de Mach
relatifs en tête de 1.7 maximum en air et environ 3.4 dans un
mélange air-freon. 11 est également prévu de l'utiliser pour
l'essai de compresseurs radiaux monoétages avancés. Elle sera
utilisée initialement pour les essais d'un compresseur axial
transsonique monoétage avancé à rapport diamétral faible,
uti-lisant Ie concept d'aube à bord de fuite épais dévelloppé anté
-rieurement à l'1VK. Les conditions de dessin choisies
c6rres-pondent aux exigences de la prochaine génération de compresseurs
basse-pression pour les moteurs à forte distribution de grande
puissance. Cette nouvelle soufflerie utilisera les systèmes
auxiliaires de la soufflerie R-2 (poste de controle,
instru-mentation circuit de régénération de freon, circuit _de
lubri-fication).
Description: Ie banc se composera d'une boucle d'essai fermée,
pouvant fontionner à differents niveaux de pression et avec des
gaz autres que l'air. Ceci permet de couvrir un domaine étendu
à des nombres de Mach et de Reynolds indépendants. Le banc pourra
être utilisé pour l'essai de compresseurs axiaux à un ou à deux
étages. et de compresseurs radiaux monoétages. Le diamètre max~mum en tête d'aube est de 40.6 cm (16 inch). Le diamètre
minimum au pied est de 15.2 cm (6 inch).
dynamometer type. It is fed by an MG set, uS1ng a nev 1000 HP
Ac motor and existing generators, Maximum motor speed will be
1000 rpm. A two speed gear will provide maximum power for the
rotors at 12,500 and 25,000 rpm on the rotor shaft.
The gas circuit consists of a settling chamber, a
test section, a return duct, a cooling system and a throttling valve to vary the mass flow and back pressure.
The circuit will be connected to the vacuum pump,
the freon regenerating circuit and the lubrication circuit used for the R-2 facility.
-4
9
-moteur à courant continu, du type dynamométrique, de 1000 CV, alimenté par un groupe Ward-Leonard utilisant un nouveau mo-teur à courant alternatif, de 1000 CV et des génêratrices existantes. La vitesse maximum du moteur sera de 1000 t/min. Une boîte à deux vitesses permettre de fournir la pu~ssance maximum sur l'arbre des rotors de 12.500 à 25.000 t/min.
Le circuit du gaz se cömposera"d'une chambre de tran-quillisation, d'une chambre d'essai. d'un conduit de retour, d'un système de refroidissement et d'une vanne d'étranglement controlant la variation du débit et de la contre-pression.
Le circuit sera connectê à la pompe à vide, au circuit de régénération de freon et au circuit de lubrifica-tion de la soufflerie R-2.
THE HIGH ENTHALPY WIND TUNNEL
Description: The VKI'Longshot' free-piston cycle hypersonic
wind tunnel is a short duration facility of the blowdown type with an open jet test section and a nozzle exit diameter of 61 cm (24 in.). 1000 atm. of nitrogen, in a driver tube 13 cm
(5 in.) internal diameter and 6 m. (20 ft) long, drives a 2.3 kg (5 lb) piston down a barrel tube 7.5 cm (3 in.) internal dia-meter and 24 m. (76 ft) long, compressing and heating the working gas (nitrogen at present). This gas is trapped in a
reservoir just upstream of the nozzle throat by means of a check valve. The suction is provided by an 18 m3 (650 ft 3 ) evacuated vessel. Models are mounted in the vacuum vessel on a sector-type sting support capable of varying angles of
attack and streamwise position. Instrumentation systems include schlieren, pressure measurements and heat transfer meeasurement.
Performance: maximum stagnation pressure 3,500 atmospher~s,
maximum stagnation temperature 2,5000K. A new reservoir capable of extending the stagnation pressure to 12,000 atm. is being designed. A 6° half-angle conical nozzle, with changeable
thrcat inserts, provides Mach numbers of 19, 24, 29 with typical Reynolds numbers of 0.65 x 105 per cm (2 x 106 per ft) at
M
=
19 to 0.2 x 105 per cm (0.6 x 106 per ft) at M=
29.Running times are from 2 to 15 milliseconds.
Projected Research: development of instr~mentation for measuring
reservo~r conditions. Verification of the equation of state
at high temperatures and pressures. Contoured nozz~e design at
high Mach numbers. Laminar, transitional and turbulent boundary
layers. Separated flows. Scramjet intake studies. Aerodynamics
-51-LA BOUFFLERIE A HAUTE ENTHALPIE
Description: la souiflerie hypersonique ~ haute ,enthalpie. ~ piston libre ,est une installation a rafales de courte durêe.
La chambre d'exp~rience est ~ jet libre de 61 cm de diam~tre.
De l'azote sous 1000 atm., contenu dans un tube de diam~tre
intêrieur de 13 cm et d'une longueur de 6 m., drosse un piston de 2,3 kg dans un tube de
1,5
cm de diam~tre intérieur et de24 m. de longueur. Ce piston comprime et chauffe le gaz d'essai (actuellement l'azote est~ envisagé ). Ce gaz est emprisonné dans un réservoir en amont du col de la tuyère par un système de
soupapes. En aval se trouve un r êservoir ~ vide de 18 m3 de capacité. Les modèles sont montés dans ce rêservoir. Le support de modèle est du type secteur et permet une variation de l'an-gle d'incidence et de la position dans l'êcoulement. L'instru-mentation se compose d'un système schlieren et de capteurs de
pression et de transfert de chaleur.
Performance: pression d'arrêt max~mum 3500 atm.; tempêrature
d'arrêt maximum 2.500 oK. Un nouveau réservoir permettant une
pression d'arrêt, allant jusqu'~ 12.000 atm. est ~ l ' êtude. Une
tuy~~e conique de 6°, avec cols interchangeables, permet d
'ob-tenir des nombres de Mach de 19, 24, 29. Les nombres de Reynolds
typiques sont de 0.65 x 10 5 par cm pour M
=
19 ~ 0.2 x 10 5 parcm pour M = 29. Le temps de fonctionnement est de 2 ~ 15
milli-secondes.
Recherche prêvue: développement de l'instrumentation pour la mesure des conditions de stagnation. Vérification de l ' équation
d'état aux hautes températures et hautes pressions. Etude de
tuyères profilées pour nombres de Mach êlevés. Couches limites laminaires, de transition et turbulentes. Ecoulements séparés.
Etude d'entrées d'air pour propulseurs hyperson~ques. Aé
HIGH PRESSURE AIR RESERVOIR
The installation of the new 7 m3 reservoir to operate
at 300 atm. will increase the runn1ng time of the VKI wind
tunnels, normally operating with stagnation pressures between
40 and 30 atm., by 300
%
.
The air available as a function of required
stagna-tion pressure from the 40 atm. storage system, the 300 atm.
storage system and the combination of the two systems is
shown in fig. 15.
Charging time for either storage system is about
4
hours with the existing compressors. Charging time for the
combined system is about 8 hours.
The system is presently connected to four wind