Chang_t2_1973ru (1014103), страница 21
Текст из файла (страница 21)
На больших высотах ббльшая часть газа, проходящего через почти прямой скачок уплотнения, попадает в пограничный слой тела, и значительная доля энергии передается телу, а остальная ее часть рассеивается в следе. Так как в точке торможения не может быть достигнуто равновесие, концентрация электронов во всем поле течения может не быть равновесной. Кроме того, скорость рекомбинации мала. Таким образом, концентрация электронов В следе больше, чем в равновесном потоке.
Однако, если поток является турбулентным, концентрация электронов может оставаться низкой. На малых высотах толщина пограничного слоя гораздо меньВ1е, чем расстояние до отошедшего скачка. Большая час~ь энергии содержится в области невязкого потока, поэтому влияние пограничного слоя тела на след пренебрежимо мало. С уменьшением высоты в точке торможения достигается равновесная ионизация, но вниз по потоку распределение плотности электронов вдоль оси зависит от соотно1пения (если поток ламинарпый) между временем ионной и атомной рекомбинации и характерным газодинамическим временем.
2. 2. ПАРАМЕТРЫ СЛЕДА ПРИ БОЛЬШИХ СКОРОСТЯХ Фельдман 1831 теоретически исследовал течение в следе за относительно короткими телами вращения в интервале скоростей полета от 4500 до 41 000 м/с и высот от 30 до 75 км. Температура, плотность и скорость равновесного воздуха з следе за сферой получены в функции скорости полета. о з 6 9 гл Снпрооыь 1юаеаю, ям(с Ф и г. 43. Температура на осевой линни тока аа головным скачкомпередсферой при последующем иаоэнтропическом расширении до давления окружающей среды ~83ь яГг ~в о- 6 3 $. 8„Ю 3 6 9 Скоросюь колета п,км/с Ф и г. 43. Относительная плотность на осевой линии тока аа головным скачком перед сферой при последующем наоантроппческом расширении до давления окружающей среды [83).
р — плоюсьчь пабегавыего потопа. 6 иб $ 0,6 6 ей С'4 й Ц2 о а б В Сворааюь лаеиоа и,вм/а 12 Ф и г. 44. Относительная скорость ка осевой ливии тока ва головным скачком перед сферой при последую- щем иеоьитропическом расширении до давлевия окру- жающей среды !833 я 4 Е Е й г ь б в Сяорссжь жммаа и,вв/с б б Сваросюь яааемо и,ньюс Фиг. 45. Температура иа осевой ливии тока яа головным скачком иеред сферой ири последующем ивоввтропичеаком расширении до давления окрунгающей среды (сравиепие мовгду раввовесным и ваморожекным течениями) (83]. 1 — раввоеесвое течеяае, г — яеиоражеввое течение оо колебательным степеням свободв и явиичеснову составу. 3 а.
й 1С' 1 б б е И Б 2 Ь ига С Ф и г. 48. Относительная плотность ва оаевай лияии тока аа головным скачвом перед сферой при последующем изоаитропическом расширевии до давление окружающей среды (аравкевие между равновесным и ваморожеявым точевиями (83(. г — яаворожевиое течевие по калебагельявм атесевяв сеобсвм в гямвчгсяову составу; я — реввовесвое течевве; р плотность набегающего согояа. 1з1 ткчкник в слкдк В первом приближении температура увеличивается линейно в зависимости от скорости полета (фиг. 42). При малой скорости плотность следа составляет примерно г(во от плотности окружающей среды и почти не зависит от высоты, в то время как при высоких скоростях она уменьшается до Чээ от плотности окружающей среды (фиг.
43, 44). 'Температуры и плотности следа за сферой на высоте 60 км при равновесном и замороженном течении сравниваются на фиг. 45 и 46 в зависимости от скорости полета. Исследовались два случая расположения ка сфере точки замораживания газа по колебательным степеням свободы и составу. В первом случае точка находится около звуковой точки, во втором— на расстоянии ф = 90' от критической точки.
Как видно на фиг. 45, если поток проходит через скачок в равновесном состоянии, затем аамораживается и после обтекания тела попадает в след, его температура может сильно отличаться от равновесной, что существенно влияет на картину течения в следе. Из фиг. 45 также видно, что если рекомбинация в потоке происходит при давлении окружающей среды, то температура может возрасти в 2 — 5 раз в зависимости от скорости полета. На фвт. 45 и 46 показаны таквке кривые для у = (,4, которые соответствуют состоянию газа, замороженного по колебательным степеням свободы и химическому составу в головном скачке уплотнения и в поле течения. В этом случае температура и плотность близки к равновесным аначенням. 2,2Л, Ломиларный авед, определлемий процессом теплопро- водности Используя уравнение квазиравновесного состояния для высокотемпературного воздуха, Фельдман (831 получил численное решение для ламинарного следа эа сферой, определяемого процессом теплопроводности.
Когда давление в направлении потока умекыпается до значения в окружающей среде, то дальнейшее охлаждение следа происходнт за счет теплопроводкости от высокотемпературного ядра в окружающую холодную среду. Охлаждение за счет излучения пренебрежимо мало. Для ламинарного равновесного потока воздуха на высоте 18 км при скорости и = 5,3 кмlс за точкой, где р-~- р, Фельдман [831 построил профили полной и статической энтальпии, скорости, температуры и плотности для определяемого процессом теплопроводности следа аа сферой в зависимости от га = = гlг„(г — радиус, г„— радиус носка).
Для определнемого процессом теплопроводности следа длина, измеряемая вдоль следа от центра сферичеокой носовой части, обозначается через хю Как видно из фиг. 47 — 50, эти профили не расширяются в радиаль- Гллил тп! ном направлении, как в случае диффузии, по-видимому, вследствие того, что плотность в ядре ниже, чем вне его. Поскольку внешняя обаасть следа с большой плотностью является очень интен- о 1О го за эзюпльлне блуа 1 -1 Ф и г.
47. Профили ентальпни определнемого процессом теплопроаодности ламинарного следа аа сферой ~83]. Вмсста 11 кн, к =. 1,1 кк1с. 3 О и ск 0 ЩЮ о,ю О,1З ЦЗО Скорооть 1-ри/и 1 Ф и г. 48. Профили скорости определнемого процессом теплопроаодиости ламипарпого следа аа сферой (831. Вьмста 1З нн. а„= 5,1 км!е.
пивным поглотителем тиша, относительно большое уменьшение температуры ядра с низкой плотностью уравновешивается малым увеличением температуры окружающего газа, что предотвращает распространенно знтальпии. о 1,О г,о з,о 4,0 Темпера ырра Т, 10с д Ф и г. 49. Профили температуры определяемого процессом твилопроеодности лаыинарного спада са сферой )83).
Высота 15 яы, е 5,3 яы/с. г .с 6 н са Пломнссмь Р/Ро. 10Я Ф и г. 50. Профили плотности определяемого процессом теплопроводпостп ламинариого следа еа сферой )831. Высота 15 яы, е 5,3 кы/с. 134 ГЛАВА тп1 2.2.2. Ионизация з ламинарном следе Иовиаациовкая диффузия (вли теплопередача) в квазиравповесвом ламинарном следе за сферой ипи за входящим в атмосферу телом при типичных условиях входа исследовалась Ликам 1841. С помощью термодияамических таблиц Гилмора [851, Логава !861 и Тира 1871 по известкым равновесной температуре и плотности газа можно вычислить концентрацию электронов и, образовавшихся вследствие термической иовизации чистого воздуха.
1 в 1а за„ К-'зс й 1О 1О $1 1 1 1а 1 е 3 з 7 з 5 а 7 а скореекь, ньас аывеьсыь,эы/с Ф и г. 52. Реэвовескаа кекцектрэцкя электровоз ка аоэерхкеста сферы э эеэкеэыостк ет скорестз к Высоты 1841. Ф ВГ. 51. Равновесная кекцектрецая электронов э кркткчеекей точке э эаэксэкестк ет скорости к эыееты 1841. Определенная таким образом ковцевтрация электровоз в критической точке и в точке ва сферической поверхности, отстоящей от вее ка 90', представпева ва фиг. 51 и 52.
Для чиспеввых расчетов привимастся упрощенная модель ламииарвого следа, в которой химические реакцив предполагаются мгновенными при сохранении удельной энтропии вдоль каждой линии тока. В области ламиваркого течения процесс расширения в следе нагретого в скачке газа является почти адиабатическим, поскольку потери тепловой ввергни от потока к твердому телу через область отрывисто течепия, как правило, ве превышают потери ввергни путем теплопроводвости черев пограничный слой в безотрыввой области течения около такого же тела. Потери тепла ва излучение обычно меньше соответствукнцих аэродинамических потерь тепла.
Таким обрааом, до тех пор, пока толщина пограничного слоя ва поверхвости сферы мала по сравнению с радиусом сферы, рас- ткчжпиж в слжцж сеиваиие энергии в следе происходит только вследствие молекулярвой диффувви, теплопроводиости и вявкого перемешивакия между соседвими трубками тока. Время диффувии частицы диаметром 0!равно где Х вЂ” средняя длина свободного пробега; с — средняя скорость молекул гава. В течение зтого времеви тело, движущееся 70 и Бо б 00 ~ уа О О! 10 Ю 100 Юз 104 1О» 1ае 107 хв,м гр и г.
53. Рвсстсявие, ив котором следует уяигывять молекулярную диффузйю в следе яв с4юрой, в 0«висимссти от диаметра и высеем !В41. Сред«я» с«свссге 0 ««1с, среявяя ее««ерееурл следа 0000 К. со скоростью и, проходит расстояние и!0 Хае ига== Процесс расширения в следе па расстоянии от тела, меньшем ха, является аджабатическим, в то время как па болыпих расстояниях следует учитывать влияние диффувкж и теплопроводпости. На фиг. 53 представлены авачекия ха при средней скорости 6 км/с, средней температуре следа ЗОООК и давления в следе, равном местному атмосферному давлению.
Ксли д яи О,З м, то расстояние, на котором следует учитывать молекулярную диффузию в следе, составляет примерка $,6 км иа высоте приблизвтельпо ЗО км. Коли скорость электронно-ионной рекомбивации достаточно велика, то степень иовиаации может считаться квавиравжовеспой с локальной температурой ГЛАВА Узы тзс газа и локальной концентрацией иониаованных химических компонентов в каждой точке в течение процесса расширения.
Кроме того, если рекомбинация атомов и возбуждение молекулярных колебаний происходят достаточно быстро, то вся химическая система может рассматриваться равновесной в любой момент времевв. Таким образом, процесс расширения яж1яется нзоавтропическим вдоль каждой трубки тока. Однако удельная энтропия газа изменяется от трубки к трубке в соответствии с местной интенсивностью головной ударной волны, через которую проходят зти трубки тока. Скорость электронно-ионной рекомбинации Термическая иониаация воздуха нормального состава связана в основном с процессом образованна ионов окиси ааота. Процесс, определяющий интенсивность образования и разложения ионов ХО+, происходит следующим образом: з 11'+ О ~а.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
