Chang_t2_1973ru (1014103), страница 37
Текст из файла (страница 37)
Интервалу 1 М ~ 10 соответствует некоторый интервал значепий [) с иижиим, не равным нулю пределом, который соответствует отрыву с передней кромки (фиг. 10). Из фиг. 10 видно, что в соответствии с данной теорией отрыв с передней кромки певоаможев ки при одном зпачбпии р, если М С 127. На фиг. 11 и 12 представлены зависимости 6~ и р~!р от М с [) в качестве параметра. При сравнении теоретических результатов, представленных Брауэром [42[, с эксперимевталькыми данными Чепмеиа и др. [43[ в двух случаях отрыва с передней кромки получено удовлетворительное согласие, если привять во внимавие приближенный характер теории. КЗ.
ВЛИЯНИЕ ПЕРЕДНЕЙ КРОМКИ нд Отвывное теченик ЯРН Овавхввуковых Окоеостях Передняя кромка оказывает влияние иа отрывное течение при сверхзвуковых скоростях. Небольшие искажения формы передней кромки могут возбудить периодические возмущения по размаху в пограничном слое до присоединения и после него. На фиг. 13 и 14 приведевы экспериментальные результаты Жилу Ы4) для двумерного уступа, расположенного по потоку (М = 2,15). Видво, что в пограничном слое существуют возмущения по размаху до присоединения и после него как при ламикарвом, так и при турбулентном режимах течения. Амплитуда возмущений была наибольшей в пероходпом режиме. Амплитуда приблизительно пропорциональна искажениям формы передней кромки, а отношение длины волны возмущений потока к тол- ОТРЫВ ПОТОКА С ПВРКДНЕН КРОМКИ гцине пограничного слоя является функцией отношения высоты уступа к'толшдне пограничного слоя, но ие зависит от размаха модели.
Это трехмерное возмущение является по существу результатом неустойчивости двумерного течения, причем в основном евме Ф и г. 13. Геометрнвеаквн форне надели (44В Г. — 3Π— 223 мм, Л вЂ” 3. ГО мм, тодывмэ передней мроммм е — !3-223 ммм. о г г 3 -гс -Ю О Ю 2О Зо ЕО р,мм л,мм Ф и г. 14. Влияние меатных изменений толнгинм передней кромки нв возмущенна потока [44Р г — бее кеглного ттодмевмв; 3 — о местным гтотменнем. возмущение (по крайней мере в первоначалыпех экспериментах) обусловлено небольшими искажениями формы передней кромки.
Если уменьшение амплитуды пропорционально искажениям передней кромки и зависит только от них, то изменения полного давления в двумерном потоке вдоль размаха имеют величину порядка 1% от полного давления за прямым скачком, измеренного ГЛАВА 1Х на центральной ливии модели при условии, что искажения формы передней, кромки меньше 0,5 —: 1 мкм. Влияние местных изменений толщины передней кромки на возмугцения потока показано на фиг. 14. Полное давление за прямым скачком на центральной линии модели (з .= О) обозначено через р'„а изменения давления по размаху определяются с использованием следующего соотношения: д Р (з з,б) — р бьюо) р'оь р,о) и задаются в долях от р',. Изменения толщины вносят доволни- -гельное сильное возмущение в пограничный слой.
в. ОтРыВ пОтОИА От тОнкОЙ иГлы или плАстины, УСТАНОВЛЕННОЙ ПЕРЕД ТУПЫМ ТЕЛОМ, ПРИ СВЕРХЗВУКОВЫХ И ГИПЕРЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ Зтот частный случай отрыва потока может быть применен для практических приложений с использованием преимуществ отрывного течения.
Отрыв такого типа может существовать как в ламинарных, так и турбулентных течениях, включая зааимодействие скачка уплотнения с пограничным слоем, присоединение оторвавшихся слоев и пульсационные нестационарные течения. Вначале перечисляются некоторые возможные практические приложения; затем описываются особенности механизма течения. 11аконец дается описание подробной картины течения на основе экспериментальных наблюдений. Зкспериментальные исследования проводились большей частью на цилиндрических моделях с носовыми частями, имеющими полусферическую форму, плоскую форму, полусфервческую форму с плоским среаом, а также форму оживала и усеченного конуса. Интервал исследуемых чисел Маха набегающего потока 1,75(М < 14 и чисел Рейнольдса, вычисленных по диаметру цялиндрической части тела, 0,85 10' ( Вел ( 1,5 10'.
Течение около таких осесимметричных моделей при нулевом и отличном от нуля углах атаки будет рассмотрено более тщательно после рассмотрении свойств течения около двумерных поверхностей при нулевом угле атаки. Коэффициенты сопротивлеяия, подъемной силы и т. и. определялись каждым исследователем по-своему, что будет упомннуто в соответствующих разделах. бл. пРАктическое пРилОжение Как указывалось в гл. 1, тонкая игла, установленная перед тупым телом, может быть использована для уменьшения сопротивления, а также теплопередачи при больших скоростях набе- ОРРыв потокА спвРкдпкп кРОмки гающего потока.
На высокоскоростных летательных аппаратах игла может применяться для болев аффективного использования тяги силовой установки. Например, можно существенно уменьшить тепловые потоки и потребную тягу воздушно-космического самолета при полете в атмосфере почти с постоянным числом Маха. При входе в атмосферу тупого тела с заданной теплоемкостью обеспечиваются более высокие числа Маха и повышенная зффективность боеголовки, что затрудняет ее перехват. Так как игла приводит к уменьшению донного давления и, по-видимому, к уменыпепию теплопередачк в донной области, облегчаетоя задача разработки конструкции аппарата.
При сообщении тупому телу с иглой угла атаки его сопротивление понижается по сравнению с сопротивлением такого же тела без иглы (хотя и не столь существенно, как при нулевом угле атаки), а подъемная сила повышается. Поэтому выступающая игла может оказаться полезной в условиях старта и других условиях полета. Изменяя длину и диаметр выступающей иглы, можно управлять аэродинамическими характеристиками; тонкая прямая игла является удобным и простым средством управления. Однако ее применение несколько ограничено, если не принять соответствующих мер для устрапения неблагоприятных явлений, связанных с пульсациями потока около иглы, которые могут повлиять на аэродинамические характеристики.
З.я МЕХАНИЗМ ОТРЫВА ПОТОКА ОТ ВЫСТУПАЮЩЕЙ ИГЛЫ ПРИ БОЛЬШИХ СКОРОСТЯХ В гл. 1 были приведены зкспернмептальные результаты Феттингера (45) по отрыву дозвукового потока от двумерной поверхности. На тонкой пластине, установленной перед толстой пластиной, поток отрмвался под действием вязкости и положительного градиента давления вдоль тонкой пластины. При сверхзвуковых скоростях поток также отрывается под действием вязкости п градиента давления за скачком уплотнения. Одна из первых работ по отрыву сверхзвукового потока от выступающей иглы, выполненная Мзйром (46), содержит тщательные наблюдения и физические объяснения.
Особенности отрыва потока от тупого тела с выступающей тонкой иглой можно кратко охарактеризовать следуюгцим образом: при достаточно большом числе Маха набегающего потока образуется система скачков уплотнения. При обтекании тупого тела без иглы образуются скачки уплотнения двух видов: криволинейный скачок перед телом и косой скачок иа поверхности тела (фиг. 15). Если перед телом установить пластину, то возникает довольно сложная картина скачков уплотнения (фиг.
16 — 20). глав» гк Форма замкиутой области отрыва около двумерной поверхности топкой пластины является в общем случае клиновидной с присоединением потока ва поверхности тупого тела. Внутри области отрыва воавикает циркуляциоквое течение. Область отрыва часто вазывают аастойкой зоной, одвако этот термин Ф и г.
Гб — 20. Обтекааае двумерэого тупого тела с выступающей плоской эластаной !461. не должен связываться с представвевием о вулевом значении скорости внутри этой области. Ксли тело и игла осесимметричные, то область отрыва около иглы имеет в общем случае ковическую форму. Когда течение является веустановившимся, форма скачка и аэродинамические характеристики в течевие периода колебаний перемеппы. Угол между вкешвей границей оторвавшегося слоя и осью иглы (угол отрыва) является фувкцией числа Маха я числа Рейяольдса, вычислеввого по расстоянию между точкой отрыва и ловцом иглы. Оторвавшийся вязкий слой отсасывает жидкость иа области отрыва, и для сохракепин баланса потока массы часть атой жидкости должна быть возвращена в область отрыва под действием градиента давления в области присоединекия.
В условиях равновесия давление в области присоединения, которое может поддерживаться оторвавшимся слоем, зависит от числа Маха набегающего потока и от угла отрыва. Освовпые особеквости обтекавия иглы, устаковлевиой перед тупым телом, определяются иэмеяением формы скачка уплотвевия. Для тонкого тела нельзя ОТРЫВ ПОТОКА С ПЕРЕДНЕЕ КРОМКИ 22$ достичь сколько-нибудь заметного уменьшения сопротивления, так как скачок уплоткенкн примыкает к поверхности тела, а установка иглы не приводит к заметным изменениям формы скачка уплотнения.
Этот факт был докааан Нейсом [47! на примере комбинации цклнндр — конус (с углом 10') — игла при М = 2,75 — 6,3. Аналогично Хант [48! подтвердил, что при установке короткой иглы перед телом с пнрамидальным носком при М = — 1,61 — 1,81 отрыв потока не наблюдается и сопротивление не уменьшается. Физический процесс изменения формы скачка уплотнения, описанный Меккелем [49), уже упоминался в гл. 1, так что здесь мы не будем повторяться.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
