Нелинейная теория крыла и ее приложения (Аубакиров Т.О., Белоцерковский С.М., Желанников А.И., 1997 - Нелинейная теория крыла и ее приложения), страница 14

О двух режимах отрывного обтекания пластипаи Исследования показывшот, что иа предельных режимах (при больших т ) спутный след за пластиной принимает вид вихревых дорпкек. В зависимости аг начальных условий движения пластины режим течения прн угле атаки ге=90' и больших получается различным. Имеют лзесто две характерные структуры течения — симметричная и несимметричная. Рпс. 4.9.

Коэффициент нормальной силы пластины (т=)) при отрывком (сплошная линия) и безотрывном обтекании (штриховая линия— нелинейная теория, штрих-пунктир †иинейн) Рис. 4. !О. Среяние значения козбк)но циента с, пластины прн отрывном (сплоизная ливня) и безотрывном (штриховая линия) обтекании (ппрнхпуяктнр†линей теория) Глава 4. Исследование обтвлвиил изолированного профиля Рнс. 4.П, Вихревая пелена прн симметричном обтекании пластины ва (СС = 90; я = 2, 5) Гнс.

4.42. Верхняя половина симметричного анхреяого следа за пластиной (сс %); я=20) 1.1а рис. 4.11 и 4.12 показан процесс формирования симметричной нихрсвой структуры, Она получается в случае, когда пласуина при 2=0 из состояния покоя мгновенно начинает двигаться прямолинейно под углом атаки ах 90' с постоянной поступатслыюй скоростью Ус. 11а рнс. 4.11 приведена вихревая структура за пластиной в момент времени т=2,5. Видно, что в непрерывных повсрхиосгях уже имеются петлеобРазные формы, Вихревая структура является строго симметричной, и зта симметрия в процессе всего проведенного счета (до т- "60 ) не иаРушалась. Однако при больших т происходит разрушсние пелены и образование комковой структуры следа.

На рис. 4, 12 показана верхняя полоаинасимметрпчпойвпхрсвойструктурызапластиной. Стечением Рввдвл вгервн. ПЛОСКИЕ И ОСЕСИУМЕТРИЧИЫЕ ЗАДАЧИ положения гх=0 в положение гх=90 с постоянной угловой скоростью ~3г, когда угол атаки изменялся по закону О, т<0, ~г~ га т, 0 <т< 5, ге = — вю —. ЦО !О (4,3) В результате при больших с след принимает вид симметричной вихревой дорожки (рис. 4.13).

Аналогичные вихревые структуры получаются и в случае набегания на пластину однородного потока, скорость которого Ц~ = сопзг и перпендикулярна пластине, а фронт составляет с ней угол, отличный от нуля. Во всех этих случаях наличие достаточно большой несимметрни (постоянной или временной, например, начальной) приводит к тому, что течение не становится симметричным, даже если угол атаки станет равным строго 90'.

С течением времени след за пластиной принимает периодический характер. Хотя процесс формирования течений в этих случаях происходит по-разному и различна его продолжительность, окончательные структуры при больших с получаются качественно одинаковыми и представляют собой шахматные вихревые дорожки. На рис. 4.14, а, б показаны поля скоростей в спутных следах за пластиной, времени спугная область расширяется медленно, образуя при больших т слабо выраженную вихревую дорожку. Несимметричный спутный след за пластиной можно получить различными способами, например, внесением дополнительного несимметричного возмущения, а симметричное обтекание — за счет начальной несимметрии потока и т. д, В частности, изучался поворот пластины из Рис.

4.13. Несимметричный вихревой слеп за пластиной 0х 90'; с~25) ъ Ф > М т ът "* у". х Рис. 4Л4, Поле скоростей в симметричном (а) и несимметричном (о) соусных следах эа пластиной (а 90'; т=20) Глава 4. Исследование обтаняя изолхроаанното профиля г и т лр Ъ /Г сч Ф и и х Ратдвл второй, ПЛОСКИЕ И ОСЕСИММЕТРИЧНЫЕ ЗАДАЧИ Рис.

4. т5. Ааронииамичесхне харахтериспжн при симметричном (штрнхоаые ливни) и несимметричном (сплошиые линии) рехтимах пластины (а=.90 ) та 40 О т0 ЯО ЭО 40 т Качественно разные режимы течения и формы спутных следов об)словливатот различные значения аэродинамических характеристик. На рис. 4.15 приведены зависимости коэффициента нормальной силы са и безразмерной коордгптаты центра давления х~ ог безразмерного времени для симметричного н несимметричного (поворот пластины) обтекания.

При симметричном обтекании коэффициент сн при больших с принимает среднее значение, близкое к 1, колебательный характер течения выражен сравнительно слабо, центр давления расположен строго на середине хорды. Если реализуется несимметричное обтекание, то периодический характер следа приводит на больших с к более сильным колебаниям коэффициента сн и положения центра давления, чем при симметричном обтекании, причем среднее значение с„несколько больше 2, а хп равно 05. Известные в настоящее время данные о структурах спутиьгх следов при отрывном обтекании тел относятся в основном к двум крайним случаям — начальному, связанному с образованием разгонных вихрей, н предельному, ихтсющему характер вихревых дорожек 11.11, 1.12, 2.18, 2.20, 2.26, 2.29].

Е. П. Визелсм был поставлен специальный эхсперимент в гидролотке в целях изучения динамики всего процесса формирования спутного следа в различных случаях отрывного обтекания пластин. рлввв 4. Исслвловвнив обтеввния изолированного профиля Визуальные исследования обтекания провордлнсь в гядролотке с эжекторным побуждением.

Ширина его рабочей части 500 мм, длина 600 мм. Рабочая глубина потока 60 мм. Визуализация течения осуществлялась с помощью алюминиевого порошка, наносимого на поверхность воды. Скорость потока контролировалась по времени проплывания крупных частиц контрольного участка длиной 500 мм, отмеченного па борту лотка. Опыты проводились прн скорости набегающего потока 5 см/с. Число Рейнольдса при этом находилось в пределах (2-4) 10з в зависимости от хорды моделей.

Фиксация результагов опыта проводилась с помощью киносъемки. В эксперименте симметричное обтекание моделируется следующим образом, В установившийся поток жидкости быстро вводится пластина иод углом атаки св = 90 . После входа пластины в воду за ее кромками образуются две симметричные воронки.

С течением времени воронки удаляются от пластины, глубина нх уменьшается, а вихри прнбретают овальную форму, вытягиваясь по потоку. Прн повороте пластины из положения сс=0 в положение си=90' вследствие сильной начальной несимметрии обтекания сравнительно быстро формируется шахматнаявихревая дорожка, При повороте пластины с кромки, идущей навстречу потоку, сбегает цепочка мелких вихрей, которая быстро уносится назад, а на прагивоположной кромке формируется более крупный вихрь. По окончании поворота пластины у ее краев образуются два вихря неодинаковых размеров. В дальнейшем зги вихри поочередно отделяются от пластины, на их месте зарождаются новые и т.д. Течение в следе принимает периодический характер.

Эксперимент подтверждает наличие двух характерных режимов отрывного обтекания пластины. При быстром вводе пластины в погок под углом атаки и=90 практически симметричный след в виде двух цепочек вихрей сохраняется до т 10, а при наличии продольной рази йщвл воюя ПЛОСКИЕ И ОСЕСИММЕТРИЧНЫЕ З~ДАч~п Рас. Куб. Сиииетричиый (а) и иесииистричиыа (6) следа та иластииой а тиврслатис делителыюй пластины длиной ЗЬ, установленной самметрячно в кормовой части следа на расстоянии от основной примерно (2 — 3)Ь, — во все время обтекания (рис.

4.)б, а). Теоретические и экспериментальные исследования показывают, что нарушение симметрии следа начинается в его кормовой части, т. е. в месте сближения верхней и нижней цепочек вихрей. При наличии дополнительных несимметричных возмущенпй (а в условиях эксперимента онн практически неизбежны) возникают поперечные колебания от одной из цепочек. При этом несимметрия следа все больше усиливается. В итоге образуется течение в виде шахматной вихревой дорсиски(рнс. 4.)б, б). Главе 4.

Нссиедееаиие сбтеиеиии изеииреееилэто эехэфиии Челэ больше начальная иесимметрия патака или сильнее даиаээиигслыюс несимметричное возмущение, тем быстрее иринимает он характер шахматной дорожки. Установка разделительной пластины в кормовой части следа оказывает демпфирующее воздействие по агиоше~ и на к несимметричным возмущениям н способствует сскрапеэиио симметриин течения (повышает устойчивость симметричного режлэлэа), Былие было наказано, что после окончания ээереходнога процесса, длительность которого зависит ат начальных условий и закона движения, в следе за пластиной ирн ее несимметричном обтекании у танаплипается перэнэдическое Лвижение в виде регулярной шахматной лорожкн Кармана. Фотографирование сфарлшрававшегося течения в следе за пластиной в гидралатке подтверждает наличие такой пеэшадичиасти вихревой дорожки (рис.