Chang_t2_1973ru (Отрывные течения П. Чжен), страница 6

Свободные каверин. Свободную каверну моягно описать как каверну, образующуюся, когда поверхность дна заменена пло- ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРЫВНЪ|Х ТЕЧЕНИИ зт скостью симметрии отрывного течения. Коифнгурацню свободной области отрыва моязно получить зкснернментально, если ввести цилиндр в область свзешення за точкой сжатия отрывного течения за донным срезом. На фнг. 29 показаны схемы, построенные по шлирен-фотографиям свободных каверн открытого н замкнутого типов. На фиг. 30 критические длины аамыкания свободных каверн представлены линейными зависимостями от л,)ль Такие линейные зависимости имеют место как для свободных каверн, так и для каверн с твердой границей (фиг. 26).

Однако принципиальное и интересное рааличие между зтнми течениями обнаруживается в свойствах течения в области сжатия. Как показано на фиг. 29, если в область смешения за горлом отрывного течении вводится цилиндр, течение в окрестности критической точки цилиндра иаменяется и приобретает характерную структуру вихревого отрывного течения. Деформированный участок головного скачка уплотнения содержит пару вихрей (фиг. 31), поскольку давление в передней критической точке цилиндра меньше, чем максимальное давление по обе стороны от центральной линии. На фиг.

32 приведена схема изобар на поверхности цилиндра для конфигураций с размером Л, ббльшим или меньшим критической длины замыкания. На фиг. 33 покаааны для сравнения аналогичные иаобары для давления в невозмущенной области отрыва, измеряемого трубкой Пито. Неожиданное подобие результатов, связанных с замыканием двух совершенно различных каверн, можно объяснить (с некоторыми оговорками) следующим образом. Рассмотрим свободный след непосредственно перед критической точкой.

Если отношения ЛР/Ьз в свободной или ограниченной обяастях отрывного течения сжатия одинаковы, то одинаковы и отклонения линий тока внешнего течения, внешнее давление, а также среднее давление отрыва рр. Если уравнение (14) выражает фундаментальные характеристики течения в области отрыва, то давления в начале области сжатия рл также одинаковы в обоих случаях. Перед уступом, обращенным навстречу потоку, значение рА определяется механизмом «свободного взаимодействия», т. е.

приращением давления, которое пограничный слой в состоянии поддерживать перед отрывом. Теперь рассмотрим свободный след. Скорость на центральной линии в области свободного смешения не равна нулю. Течение в состоянии поддерживать возрастание давления в направлении движения до точки торможения (предполагается, что возрастание давления в направлении движения преобладает над возрастанием давления, обусловленным переносом количества движения в поперечном направлении; в самом деле, поток должен остановиться, перед тем как изменить движение на обратное С!юбобная лазерно омармшаео жана 4,'Л! =7; ЛаГЛт=о,7 Свободная каверна замииуашзо мала 1.УЛ,=76; се!В!-йб 30 1б га б 2,0 гй Л,О О О:,б 1,О т|йт Ф и г. 30.

Критическая длина замыкания свободной каверны в переходном режиме !йй Ям 2,78, ке = 1,6-104, ло7лг= 6,0, ъв1лт 6,0; гам = 2,78, Не =0,70.104, Лл/Л1 = 7,7, 1. 7ат 6,0; й! М =1,86. Ке =3 ° 104, ел764-4,4, ьл/лт- 6,0: Ф м = 2,78, Вес — — 4.!04, ьюгл!= 4,0, и„7ле= 0,6. Ф и г. 29. Замыкание свободной каверны; М = 2,8, Мел = =0,5 101 (турбулентный след) [О!. 1 — веер волн разрежения; з — хвостовая скачок уплотнения; з — сначои уплотнения; 4 — двлиидр в следе аа телом; * — течение снсатия в свободном следе; з — область смешения; 7 — горло следа; з — свободина след; Е-илин 4;1. г,а !.б 14 з,г гво-бо -ва -ло -го а га ео ва во во 'Р Ф и г.

31. Типичное распределение давления по поверхности цилиндра е следе за телом; М = 2,78, Вев — — 0,5 10е ~81. 3 8 7 ЗО О -ЗΠ— ба -бо ге Ф и г. 32. Схема изобар на поверхности цилиндра в следе аа телом при рааличнмх значениях Б!йз1 М = 2,8, Кев = = 0,5.10" (значения давления отяесены к местному давлению в невозмузценном потоке) !8). 40 ГЛАВА Чн и образовать открытую каверну). Кроме того, обратное течение не может существовать до тех пор, пока начало области сжатии не проникнет в дозвуковой участок области смешения или по 2,0 ь, 1,О О 2 4 Б З 10 12 !4 16 л Лг Ф и г.

33. Схема иаобар в свободной области смежелия и в свободвом вяаком слое (акачекил давления, иамереллого трубкой Пито, отлесеиы к местному давлению в кевоамущеллом потоке) ~8). ива«кем: 0 — набегающий летел; е — виещяай встои; в — об- ласть смевгеиия.

крайней мере в дозвуковое «горло». Есть основания предполагать, что когда это происходит, каверна открывается. В «звуковой» точке на центральной линии приращение давления над волным давлением торможения равно «Ра — Ря)/Ря — 2 Мсь = Огб прн )ггсь 4 1см. Р.«и Ря на фиг. 25). Такое явление имеет место нри «свободном ваанмодействии». Неожиданно оказалось, что значение этого приращения давления приблизительно одинаково со значением приращения давления ХАРЛКТВРИСТИКИ ОТРЫВНЫХ ТВЧВНИИ при отрыве турбулентного пограничного слоя, хотя механизмы течений совершенно различны.

Наблюдаемое равенство критических расстояний для свободных и ограниченных каверн представляется случайным в пределах рассмотренного интервала чисел Рейнольдса. Для свободного следа приращение давления (рл — р ) постоянно, в то время как для уступа, обращенного навстречу потоку, зта величина аависит от )с с/.

Кроме того, уравнение (14) описывает фундаментальные свойства течений сжатия в следе. Эксперименты со свободными следами подтверждают предложенный механизм замыкания: так, в исследованном интервале чисел Маха критическая длина не зависит от числа Маха. Изменяя длину хорды клина, можно варьировать число Рейнольдса отрыва в переходной области, причем замыкание каверны происходит в соответствии с уравнением (13). Распределение давления Рассмотрим теперь распределения давления в двумерных и осесимметричных кавернах, приведем измеренные распределения давления и скорости в двумерных ограниченных кавернах с полностью развитым турбулентным пограничным слоем перед каверной при Ь, = Ь„но при различных конфигурациях поверхностей, выаывающих сжатие потока (8). Двумерная каверна. На фиг.

34 приведены типичные распределения давления по дну выреза, где 6/й (отношение толщины пограничного слоя к глубине выреза) использовано в качестве параметра. Давление в вырезе близко к постоянному, если вырез неглубокий, хотя в середине каверны наблюдается слабый минимум, Толщина пограничного слоя — важный фактор, влияющий на распределение давления. Изменения р/р с изменением 6/Ь в области отрыва и в области сжатия противоположны. В области отрыва р/р уменьшается с ростом Х,/Ь. В области сжатия р/р увеличивается с ростом Ий (фиг. 34).

При неглубоких вырезах, когда 6/й ) 1, давление в каверне болыпе статического давления в набегающем потоке, Такой же результат был получен Томаном [191. Этот результат Харват объясняет тем, что по дозвуковой части толстого пограничного слоя от области сжатия вверх по потоку и за передний край выреза распространяется высокое давление, которое несколько оттесняет внешний сверхзвуковой поток. На фиг. 35 показана схема изобар. Вблизи Берег градиент давления становится очень болыпнм, а затем часто наблюдается плато давления (характерное для области сжатия).

Распределение давления по задней стенке прямоугольного выреза показано на фиг. 36. 2,0 р !,б и„ !.О Р и„ О с;2 О!т Об Оф !,О б л/х Ф и г. 34. а — влияние 5/й и 5/й иа распределение давлевин по диу вырева; б — типияные распределеиия давления по дну выреза; М = 2,78, Вев = 1 5 102 [8[. !б Змунлуьюл ааатраа !нала!Вал|я блаь !2 5! в о Пв Иб Па ол бо и=272 т/!. ~ барта!таа2! Ф и г. 35.

Схема ивобар, иллюстрирующая распределение давления по дву выоеаа; Ь! = 52 = 6,35 мм, М = 2,78, Нел =- 1,5 10, 3/й = 0,44 [8[. ! — область отрыва, т — область прлсотлпльлал! л — область сжатлл. ХАРАКТЕРИСТИКИ ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИИ 43 У дна выреза давление почти постоянно, но на кромке уступа градиент давления довольно значителен, что свидетельствует о восстановлении динамического давления в той части внешнего потока, которая попадает на уступ. Осесимибтрибипе каберкы. Что касается осесимметричной каверны, образованной между конической иглой и тупым телом за ней, то при обработке а м=гл а =эл данных с использованием 1о ~ — М12 1412 чв~~, 4",-~~".=~ высоты квазидвумерного Р уступа между внешним Р' радиусом тела и иглой ЦБ оказывается, что осесим- У ~ Ф1 И М„,Р.