Chang_t2_1973ru (1014103), страница 35
Текст из файла (страница 35)
Реслределение давления е окрестности лередией кромки крылоеого лрофили с хордой 122 см, Ке = 1,7.10е (1). оторвавшегося слоя. После присоединения распределение давления достигает значений, соответствующих беэотрывному обтеканию. Если это необходимое значение О меньше предполагаемого максимально возможного значения, то в передней части пузыря может развиться интенсивное подсасыванне и пузырь будет коротким.
С увеличением угла атани пик разрежения в распределении давления, соответствующем потенциальному обтеканию, становнтся выше, возрастает н положительный градиент давления. Таким образом, коэффициент восстановления давления в области присоединения возрастает, достигая в конце концов максимально возможного значения О, хотя короткий пузырь с ростом угла атаки несколько сжимается (фнг.
1). Как видно на фиг. 2,О также растет с уменьшением числа Рейнольдса при постояпном угле атаки. Так как с возрастанием числа Рейнольдса растет протяженность ламинарного участка в оторвавшемся слое смешения, то при меньших числах Рейнольдса пик разрежения также будет ГЛАВА гх ниже, по коаффвцпект восстановления давления, необходимый для присоедивеиия, может достлгкуть максималько воаможвого эпачеиия. При полностью перераспределевком давлевви иа профиле прпсоедикепяе может произойти далеко внизу по потоку ври коэффициенте восстановления давления о = 0,35 с образовавием пузыря. Как упоминалось выше, эксперимевтальвые исследования 16! дают такой же порядок величины а для длинного пузыря прв условии, что пузырь ке настолько велик, чтобы росстснное едена ооеернносми от нередней кромки,см Ф и т.
2. Распределение давления е окрестности передней кромки профиля с хордой 100 сн нрк и =. 4,2' [4]. покрыть больше половины длины хорды, и что давление па передней кромке яе меняется. Отметим следующие последовательные этапы образования длинного пуаыря. 1. По доствжевии максимального значения и = 0,35 короткий пузырь ве может больше существовать. 2. Пик разрежения падает, вследствие чего Кее, 450, Если в точке ламиваркого отрыва Весе ) 450, то сразу за отрывом можно ожидать перехода к турбулентному течению. 3. Пятна турбулентности в области отрыва ве могут расти, и течевие в втой области остается ламиварпым.
Эксперимевты Макгрегора 141 показали, что толщвпа вытескевия оторвавшегося слоя сметпевия растет весьма веэвачителько вдоль внешней гравицы пузыря от точки отрыва до появления турбулентности. По-видимому, зто свразедливо качественно и для длинного пузыря. 4.
Накокец, Веей становится больше 450, турбулентные пятна растут и возвикает турбулентное смешение. 205 ОТРЫВ потока с ПВРВднвй кРомки 5. Распределение давления становится такам, что поток присоединяется при достаточно малом значения о [1]. В случае тонкого профиля явление гистерезиса при иаменевив числа Рейнольдса, обнаруженное Маккаллохом [7]„можно объяснить следующим образом: предположим, что на тонком профиле при большом числе Рейнольдса образуется короткий пузыргб затем при уменьп1евии числа Рейнольдса в некоторый момент образуется длинный пузырь. В результате происходит перераспределение давления и Вест уменьшается. Если теперь снова увеличивать число Рейнольдса, пуаырь укорачивается до тех пор, пока не будут достигнуты первоначальные условия, но при более высоком значении числа Рейнольдса.
Явление гистерезиса при изменении угла атаки, но постоянном значенви числа Реймольдса объясняется аналогичным образом. В этом случае возврат к короткому пузырю происходит прн значительно меньшем угле атаки, чем разрушение пузыря [1]. 2. КРИТЕРИЙ ОТРЫВА ЛАМИНАРНОГО ПОТОКА С ПЕРЕДНЕЙ КРОМКИ На основа экспериментальных даняых для профвлей был установлен простой эмпирический критерий отрыва ламинарного потока с передней кромки. Голт [8] исследовал аородинамичесвие характеристякв двумерного профиля МАСА 63-009 прн числе Рейнольдса Ве = 5,8 10з (вычисленном по длине хорды) и числе Маха М „= 0,167.
В результате был получен критерий ламинарного отрыва с передней кромки где С„' — коэффициент давления, определяемый по формуле С;, = (р,, — р)/(Ч,р и„'), а р, — полное давление набегающего потока. Оуэн и Кленфер [9) более подробно исследовали отрыв с передней кромки профилей НАСА 63-009, 63-012, 64А-006, 65-3-018, 66-2-016, 66-3-018 и клиньев в интервале значений числа Рейнольдса Веэ3 от 400 до 4883, углов атаки от 0 до 10' и углов клина от 5 до 12'.
Они установили, что критерием отрыва ламинарвого потока с передней кромки может служить постоянное отношение скоростей и, ~и,к,„= 0,95 (фнг. 3,'. В соответствии с экспериментальными давпымжитГолта [8] это отпошение составляет 0,94. Хотя указанный критерий справедлив только для двумерных профилей, вти же результаты можно испольэовать и применительно к тонким стреловидным крыльям [8].
Результаты измерений [10) на про- ГЛАВА ГХ филе исходной и модифицированной форм (профиль «с отклонен- ным носком» крыла с большой подъемной силой) подтвердили выбранный критерий отрыва. В качестве окончательного число- вого значения предложена величина 0,94 (фиг. 4). з,с г,в не О ОВ 1,О ьл г,с гд зр з, выем и Ф и г. 3. Соотношение между скоростью н точке отрыва и максимальной скоростью [эй и — скорость навегамщего погоне;ие — емнскмальнан скорость макс На ЩЮФИЛЕ; Неп-СКОРОСТЬ В ТОЧКЕ ОтРЫВа; О ПРОФИЛЬ КАСА СЕАЕСВ /кзсь тк гыз /гвавуь х прсФ ль каса вз-оовГ331 АпроФ ль ггАСА 33-012!КАСА тк 2333 (1ч31)х Отклоненный носок одного из исследованных профилей схематически изобраиген на фиг.
5. Профиль с отклоненным носком имеет меньший радиус носка, чем исходный профиль. О помощьго такого простого иэменешвя конфигурации носка моягно затянуть или предотвратить ламинарный отрыв с передней кромки прн соответствующем отклонении закрылка.
Испытания модели проводнлнсь при скорости потока воздуха 16 — 24 м/с с отклонением и без отклонения эакрылка. Критерий и, /и,н, = 0,94 может быть использован при отклонении и бев отклонения закрылка независимо от значений углов атаки и формы профиля.
Однако, если яа криволинейной поверхности существенно влияние центробежных сил, создающих большую подъемную силу, этот простой критервй может оказаться несправедливым. 207 ОТРЫВ ПОТОКА С ПВРВДНВИ КРОМКИ з. Рдзрушбник вихябй, сходящих с пбрбднбй крсыки Разрушение вихрей происходит как в закрученном потоке е трубе, так н на стреловидном крыле.
Это явление связано с отрыео 7,0 ' 7,о 5д г,о гд г,о з,в л,о ие и Ф н г. 4. Соотношение мепззу скоростью н точке отрыва н максимальной скоростью 1101. и исходный проФиль без сзнрылн»; с исхадвпй праФиль с атнланзнным ззнрылнам. '> сразись с атлланенмым неонам без зззрыллз; Г'1 проФмзь с семлаиснным пассам н азнланснным ззнрылмам. вом потока. Была предпринята попытка рассмотреть разрушение вихрей с образованием турбулентности как результат взаимодействия пограничного слоя, оторвавшегося от верхней поверхности крыла, со свораОспоинылиззй 1/с !Ли чивающимся вихревым словаьии ЕМ, СХОДВЩИМ С ПЕРЕДНЕЙ кромки 1111, однако в даль- 7 В нейшем этот фактор перестатзз Ззладиый ли считать существенным для м чзвземзь разрушения вихрей.
Рассмотрим вкратце явление разрушения вихрей, сходящих зб.з с передней кромки, ввиду его практической важности, а Ф в г. и Форме отклоненного воска также для более глубокого ! 101. понимания отрыва потока. Исходный проФиль ОАЧ 35В, длине харыз с = !,б м, рздетс васил Яз = 2%. Основные особенности этого 208 глава 1х явления были выявлены Роем 1421, Маскеллом [131 и Джонсом И41. Разрушение представляет собой структурное иаменение потока от сильного регулирного движения по спирали к болев слабому турбулентному движению, которое может возникнуть в некотором сечении вихря И51. Разрушение вызывается положительным градиентом давления, приводящим жндкость с малой энергией в состояние покоя. Кто можно предотвратнть путем отсасывания жидкости в сечении непосредственно за началом раарушения, как и в случае отрыва потока. Аналогия между разрушением вихрей и прямым скачком уплотнения при сверхзвуковых скоростях почти отсутствует, но оба случая связаны с неустойчивостью при замедлении потока, обусловленном внезапным ростом давления.
Так как разруп1ение вихрей на крыле приводит к уменьшению местного разреження на его поверхности и к изменению положения отрыва пограничного слоя под вихрем, это явление требует более глубокого нсследовапия. ээ. Рхээгшение хстхновившихок вихееЙ, сходящих С ПЕРЕДНЕЙ КРОМКИ Краткое описание этого явления приводится в книге 1161, а также в работе П41.
Ранее это явление исследовалось экспериментально в водяных трубах или в аэродинамических трубах малых скоростей 144, 47 — 331. Теоретические исследования вьгполнены в работах 134 — 37, 391. Из этих многочисленных экспериментальных и теоретических работ следует, однако, что явление разрушения вихрей, сходящих с передней кромки, пока еще окончательно не понято. Были проведены качественные исследования, чтобы понять поведение потока и найти надлежащую основу для теоретических расчетов установиетпегося и неустановнзшегося разрушения. В водяной трубе исследовалось, каким образом сильно развитое турбулентное течение, возникающее при отрыве потока с острой передней кромки нестреловидного крыла, переходит в течение с устойчивыми вихревыми образованиями на крыле с большой стреловидностью.
Кроме того, изучалась структура вихря, измерялись составляющие скорости, давление и уровень шума, а также определялось положение ядра вихря. При аппроксимации вихревой пелены парой дискретных вихрей теоретический расчет потока оказывается довольно простым 134 — 361, однако результаты расчетов плохо согласуются с знспериментальными данными. Теория крыла малого удлинения Манглера н Смита наиболее полно отражает особенности, обнаруженные экспериментально. ОтРыэ потока с пкРаднвн КРОмкк З.з. РАЗРуптение ВихРей, схОдящих с пеРеднеЙ кРОмки НРыля Разрушение вихрей, сходящих с передней кромки треугольного крыла, происходит следующим образом [15). Рассмотрим треугольное крыло в дозвуковом потоке (фиг. 6). Предположим, что каждый иа пары вихрей на треугольном крыле образуется при сворачивании конической вихревой пелены, сходящей с передней кромки.
В то же время этот вихрь можно хря Ф и г. 6. Формирование ламвнарных вихров на треугольном крыле (5). рассматривать как ядро вихревого течения, вбирающее в себя аавихренность с передней кромки, размеры и интенсивность иоторого увеличиваютси с расстоянием вниз по потоку. Вихревые слои сбегают с нередыей кромки Бт и образуют ттииито вторичного отрыва Юа на верхней поверхности.
Наблюдения показывают, что перед раарушением иаждая линия тока, подходящая к вихрю после огибания передней кромки, принимает форму почти цилиндрической спирали (фнг. 7). Согласно теории Холла (30), вихревое ядро состоит из повязкой вихревой оболочки н ннутреннего вязкого ядра, окруженного этой оболочкой. Вихревую оболочку можно рассматривать как область с приблизительно постоянной скоростью вращения частиц жидкости, а вязкое ядро — как область, в которой скорость вращения частиц жидкости снижается до нуля на оси.
По-видимому, разрушение возникает в ядре вихря, и течение вдоль оси внутри ядра может быть чрезвычайно чувствительным к малым возмущениям внешнего потока. Отношение скорости иращения частиц к осевой составляющей скорости является важ- 2Ю глава гл ным фактором, влияющим на разрушение вихря. Форма носка оказывает слабое злияняе на значение угла атаки, при котором происходит разрушение вихрей. Согласно результатам измерений, полное давление на оси почти постоянно по всей длине вихря после резкого падения Ф и г. 7. Окрашенная вихревая нить на треугольной пластине о острыми кромками (15й Снараогь лохм е трубе Ь мг7е. у вершины. Величина полного давления на осн очень мала вследствие уменьшения окружной составляющей скорости, обусловленной вязкой диффузной в узком внутреннем ядре.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
