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超音速的玩具

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civiling
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1#
发表于 2014-3-9 20:01:53 | 只看该作者 | 只看大图 回帖奖励 | 倒序浏览 | 阅读模式
今天看到有个帖子《每秒490米的后果》http://bbs.cmiw.cn/forum.php?mod=viewthread&tid=351745，讲解的人提到一个喷管的截面，想起10年前我的师兄们玩过的一个东西——拉法尔管。
4 R u M3 J( y/ r+ m5 j
' L; n1 q y8 Y: Y/ @/ B/ W当年为了把成打的皮球吹跑，需要用风扇吹，但皮球多了聚在一起的时候，大功率航模风扇也效果欠佳。后来就有人想到用气动。普通空压机通常能够打到1~1.5Mpa。用来吹气，效果很差，犹如放了个大响屁，仅一下，就蔫了。
$ e9 F; G0 M" G/ u1 g! q" G* L- x5 `; m
后来改进到用高压气体，打到12Mpa。这种压力就需要到专门的工厂去充气了，每次充气是要给钱的。8 s- x# B7 K" v; P" I

0 S b X9 P. L玩这种高压气体，市面上的普通气阀就都不行了，得用专门的球阀。记得听说当时是买的德国的球阀。为了瞬间打开球阀，而且是在电控情况下，需要给球阀安装上另一套气路，用气缸来掰开球阀。
: l C4 e. [4 C& w
. W7 V0 j& N( p, u# L( P; Z( P即便这样，由于对气嘴的形状没有认识，最初觉得越细越好，做了实验，效果不理想。后来请专家计算，这个专家就是当时机械学院的院长。院长用一周左右的时间，计算除了一个适合当时的压力和使用环境的喷口，就是附件中的那个喷嘴了。学名叫拉法尔管。记得我后来去找他请教这个问题的时候，他说我们热工书本上有。只是我们现在热工课时太少，大家如果只关注考试的“重点”就不会了解这个好玩的东西。类似原理的东西，反过来思考用在汽车上，可以减小风阻，好处多多。- @7 }* \+ G7 |, Z E
5 N8 g k: ~* V/ K8 U d: Z
这东西不好做，管内最细的地方直径仅2.6mm。当年我也让我父亲尝试做过，只能磨仿形刀，磨不好，就搞断了。后来再北京找了个N级车工，那老师傅NB，磨了数把仿形刀，愣是直接掏出来了。' v; k0 }, }! k0 b5 j
$ p& h G7 m/ I3 R0 L
这玩意最后使用的效果是惊人的，理论上气体出口速度高达560m/s，现场发出飞机发动机一样尖锐的啸叫声。可以把10个120g，150mm直径的玩具皮球一起吹飞14.14米以外的地方。* n. l& G$ P7 X, s; r: ]" ~
7 f* y8 G: s! i$ e* E
后来这项技术被认为“危险”，哈哈。我收藏了一个，如附件了。有时候想，为啥国内技术落后？领导感觉危险就给你禁止掉了……, ]! Q0 b8 T; X, d9 {, r' K* y/ u

5 I; j& E3 U$ H3 b最近看技术必威APP精装版下载，有种感觉是理论派的专家和实践派的师傅有点互轻。, p) U8 ~3 @+ p( M1 `' X) f

6 W8 P" w3 @8 F( e0 j其实工业是一个完整的链条，专家的理论，师傅的经验都不可或缺。没有专家，就不会有人算出拉法尔管的尺寸，甚至连有这东西都不知道，更不用说叫什么名字；没有那种N级车工师傅，那玩意就只能是一张理论图纸。
2 f$ `" b+ q& y; i! `2 G2 J+ H
超音速, 玩具

拉法尔管.jpg(60.63 KB, 下载次数: 61)

拉法尔管.jpg

拉法尔管原理.jpg(16.38 KB, 下载次数: 68)

拉法尔管原理.jpg

高压气流管路.JPG(9.55 KB, 下载次数: 56)

高压气流管路.JPG

点评

civiling
十年前玩的东西了，现在市面上有什么样的不知道了 发表于 2014-3-11 20:24
害怕伏枥
能够使用于10MPa以上的气动球阀市场上已经有国产品供应，质量过得去。 发表于 2014-3-11 08:12
小白菜
一直对喷管图纸比较感兴趣。 发表于 2014-3-9 22:29

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zerowing + 1
LIAOYAO + 1 .。
神仙老虎狗 + 1 娓娓道来，真心精彩~
逍遥处士 + 1

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逍遥处士
2#
发表于 2014-3-9 21:02:58 | 只看该作者
鄙人研究火切机的割嘴时，研究过一段时间的拉瓦尔喷管。其中要研究伯努利方程，和空气扰动的传播速度（音速），最终通过解微分方程，得出普通方程，不过都忘了。) H8 h5 C) f% \) d% x+ I

?/ F- Y' _$ b! w只记得查找过一篇论文，说小直径的喷管制作方法，就是先用铝合金车出一个喷管管道的形状，然后好像拿去电镀，什么阳极电解阴极电解的，在表面镀上厚厚一层金属“铬”，有几毫米厚吧。然后熔掉里面的铝，喷管管道就形成了。这样制作，比掏里面的小孔要容易些，也能制作得很精密。
Y& _9 H! ~0 J! J: H) X( f* }
! n7 Q0 ?$ ]5 B$ s# j1 a _; O不得不说，西学的代数工具是很有威力的。不过我始终没有想明白，为什么在喷管的出口段，管道是扩张的，但气流速度却是增加的，从音速增加到超音速。与常识相背，难以理解……

点评

逍遥处士
害怕大侠见多识广，果然是电铸！不过铸的是直接是金属铬却是没错的，当时还特别留意了一下。 发表于 2014-3-11 08:48
害怕伏枥
所说制作方法应为电铸。不过电铸的金属通常有铜、镍和铁3种,有时也用金、银、铂镍-钴、钴-钨等合金，但以镍的电铸应用最广。镀铬常用于表面增硬而非电铸。 发表于 2014-3-11 07:41
zerowing
而同时，截面积的增量是一个小值，变化率最多两个量级，因此，在气态平衡下，速度会被急剧放大。 发表于 2014-3-10 22:16
zerowing
高速气流的喷射作用（携带作用）在最初形成的时候会使得喷口扩形段的空气被带走，形成局部类真空，然后才形成扩散。于是在喷口的扩形之初，就会出现压力从一个极大值突变为近0值。 发表于 2014-3-10 22:15
universal
喷气发动机也是酱紫的 发表于 2014-3-10 11:16
civiling
镀，确实是个好方法。那年看深孔钻里面的水孔怎么弄的，也想不明白。 发表于 2014-3-9 21:24

评分

参与人数1 威望+1 收起理由
神仙老虎狗 + 1 穷究格致，深入浅出，向逍遥兄学习~

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我是工程师QW
3#
发表于 2014-3-9 22:21:02 | 只看该作者
长见识了，好
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神仙老虎狗
4#
发表于 2014-3-9 23:55:10 | 只看该作者
逍遥处士 发表于 2014-3-9 21:02 2 v" H; I/ I( }' }8 ]7 Q1 Q5 G1 J; b
鄙人研究火切机的割嘴时，研究过一段时间的拉瓦尔喷管。其中要研究伯努利方程，和空气扰动的传播速度（音速 ...
& s+ J' F# s" N! s
回帖也精彩，受教了~
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螺旋线
5#
发表于 2014-3-10 07:15:53 | 只看该作者
要这么说，楼主属于“理论派”。“实践派”就会知道那东西在大量的场合应用，还会知道那东西如何加工。
) h# s2 A# A3 H( I1 b$ n5 h v$ d还有涡流管这种东西，通压缩空气，一头出冷风，一头出热风。

点评

civiling
惭愧，两派都沾不上。说理论我只知道短进长出，不知道最有的截面曲线方程，最理想的长短比例；论制造我除了知道可以车或者挤之外确实不知道电铸之类其他加工制造方式 发表于 2014-3-11 20:28
逍遥处士
从前我以为理论高过现实，现在我觉得现实是理论产生的土壤。就像网上说高歌的真空能等东西，太令人不可思议了……不可思议的，不一定不科学。 发表于 2014-3-10 11:01
螺旋线
这个现象是100年前偶然发现的。 发表于 2014-3-10 10:55
螺旋线
但效果并不是很稳定，和气压有关系。我用过，来冷却刀具。 发表于 2014-3-10 10:52
逍遥处士
又百度了一下原理，常温的压缩空气从横孔进入此管，就像从笛子的吹孔进入，然后一头出冷风，一头出热风，里面完全没有任何加热和制冷元件……真的神奇！ 发表于 2014-3-10 09:07
逍遥处士
百度了一下涡流管……这东西很神奇！刚好有个试块，背面需要热风冷却，稍后正反两面都需要冷风冷却。似乎用一个涡流管就解决了，就不用马弗炉来加热空气了。 发表于 2014-3-10 08:59

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angel1399793
6#
发表于 2014-3-10 08:24:10 | 只看该作者
涨姿势了
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mrplplplpl
7#
发表于 2014-3-10 08:32:52 | 只看该作者
谢谢楼上诸位的帖子,学习了
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jolinmyiove
8#
发表于 2014-3-10 08:57:39 | 只看该作者
长见识了
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13863023496
9#
发表于 2014-3-10 10:01:47 | 只看该作者
逍遥处士 发表于 2014-3-9 21:02
3 o: e" P% g' ^% r鄙人研究火切机的割嘴时，研究过一段时间的拉瓦尔喷管。其中要研究伯努利方程，和空气扰动的传播速度（音速 ...

: p. c; X6 G" o以前看超音速飞机时说过，复制个解释你看看。
/ R& ^/ X; B8 A4 ~$ T对于亚音速气流，当管道收缩时，气流速度增加。超音速气流正相反，若管道收缩，会引起气体密度剧烈增加，反而使气流速度降低。而扩张管道则使气流速度增加。因此，在用收敛喷管将亚音速气流加速至音速时，管道应变为扩展的，才能使音速气流进一步加速为超音速气流。

点评

13863023496
先用收敛管道将流速升为亚音速，由于管道收缩引起气体密度增加，再用扩张管道，因为气压还是大于外界气压，所以气流接着加速至超音速。至于小截面的效果，我没有研究到那么深，你给大伙详细讲讲，我们学习一下。 发表于 2014-3-11 08:05
13863023496
回zerowing，如果大侠是指我的话那实在不敢当。我不是流体力学专业，我的专业是自动化，因为感兴趣就看了一点，说的不对你就帮忙解释一下。关于气流如何从亚到超，最后一句话说了，字数不够了接着说。 发表于 2014-3-11 08:00
zerowing
大侠没有解释一个问题，那就是气流如何从亚到超的。超流不仅是管道变化有影响，一个小截面都会引发巨变，激波就是这么形成的。 发表于 2014-3-10 22:20
13863023496
我对很多东西感兴趣，所以随便看了一点，所以就说了一点。 超音速喷涂的书从来没接触过，等了解一下。 发表于 2014-3-10 11:00
螺旋线
在超音速喷涂的书里面有详细的讲解。应用很久了。 发表于 2014-3-10 10:54
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dotaman
10#
发表于 2014-3-10 11:13:37 | 只看该作者
深刻的理论下面还有这么多神奇好玩的东东。。。
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