Chang_t3_1973ru (1014104), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Типичный интервал температур для носовой части от 10 до 71' С. Коэффициент теплоотдачи вычисляется по формуле д = 7>А (Т, — Т„), где ҄— температура носовой части. Предполагалось, что пограничный слой на полусфере без иглы был ламинарным, так как в соответствии с исследованиями Фейджа (80) переход на сфере происходит при числе Рейнольдса от 1,57 102 до 4,24.102. Однако тщательное исследование теневых фотографий поэволило установить, что отрывное течение было переходного типа (переход между отрывом и присоединением). При наличии иглы коэффициент восстановления уменьшается пропорционально длине иглы. При М = 1,75 игла длиной 50,8 мм снизила коэффициент восстановления на 3 — 5ого, а при М = 2,67 — на 5 — 10'о.
Равновесная температура головной части ракеты диаметром 0,305 м, равная 185'С при М = 2,67 на высоте 30 км, снижается за счет установки иглы приблиаительно на 22'С. Как видно из фиг. 76, на которой представлены экспериментальные величины числа 1и в зависимости от числа г>е при данных М и Ие независимо от длины иглы, величина теплового потока почти удваивается по сравнению со сферой беэ иглы. ГЛАВА Х1 При добавлении иглы тепловой поток от передней половины полусферы в большинстве случаев увеличивается. Эггерс и Гермах !761 измеряли тепловой поток и температуру восстановления на двух телах вращения с иглами (фиг. 77) в интервалах чисел Маха и Рейнольдса 3 <М < 5,05 и 0,7 10' < « Ве < 1,90 10' (удлинение исходной модели 2). Ф и г. 77.
Формы моделей (76). а — усеченный конус (исходная конйигурацвяк б — усеченный конус с иглой; в — усеченный конус с иглой и кольцевой проточкой. Наблюдались пульсации отрывного течения, поэтому аэродинамическое охлаждение крупномасштабными вихрями должно было непосредственно сказаться на температуре восстановления поверхности, так как крупномасштабные вихри уносят тепло от поверхности, что должно привести к снижению ее температуры. В интервале длин иглы, при которых наблюдались пульсации большой амплитуды,. обнаружен эффект гистерезиса для усеченного конуса с иглой.
В области гистерезиса для усеченного конуса с иглой получены несколько большие значения коэффициента восстановления, чем для конуса с полусферической вогнутой поверхностью носовой части. Полученные коэффициенты восстановления приведены на фиг. 78. Коэффициент восстанов- ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЯХ леяия сначала уменьшается, а затем медленно увеличивается с расстоянием вдоль поверхности тел с иглами и мало изменяется, оставаясь близким к величинам, характерным для обычного пограничного слоя в случае усеченного конуса.
Наибольшее снижение коэффициента восстановления от 0,91 до 0,68 вследствие влияния иглы имеет место на расстоянии 25,4 мм иа модели с полусфеа,вб рической вогнутой лобовой поверхиостью. Соответствующее снижение температуры восстановления составляет от 660 до 470'С при М =3,5 и температуре окружающего воздуха 4' С. Таким образом, крупнод Е.Л масштабные вихри могут существенно понизить температуру восстановления летательного 0,70 аппарата при больших скоростях полета. Влияние угла атаки сводится к повышению температуры наветренной и понижекию температуры подветрен- 0,70 ной поверхностей тела.
Носовая часть с иглой и полусферической вогнутой лобовой по,вб верхкостью вызывает наибольшее снижение коэффициента Ф н г. 78. Срввиеиие довффициеитов васс аковлеииЯ, слеДовательео, восстановления для тел различной эта конфигурация является формы, е = О', м = З,з 1761. наиболее эффективным геиерат — «с«ЕЕ цв вс с в овлс вя; х — тором вихрей в исследованном рвсстсяявс вдоль мсделв ст торцевой «рви«я ОснОВВОЙ мОдели дс тсрцопвры; диапазоне чисел Маха. Некох — рвсстсяввс ст «сяцв вглы дс тела.
торые результаты для коэффициента теплоотдачи Ь = дl(҄— — Т„) при нулевом угле атаки и М = 3,5, полученные Эггерсом и Гермахом 1761, представлены на фиг. 79 в зависимости от гт и Т,,— Т, причем г, — коэффициент зосстаиовлеввя, Т, 1 1 и Т, — температуры восстановления и стенки, измеренные внутри модели у дяа, а не на ее поверхности, Ьг н Ь, — значения Ь для модели в целом и без носовой части (в обоих случаях без дна). Коэффициент восстановления для исходной конфигурации выше, чем для тела с иглой и полусферической вогнутой лобовой поверхностью, но различие невелико и составляет 5 — 10% (фкг. 79, а).
Установка иглы приводит к увеличению Ь для модели без носовой части примерно еа 20% (фиг. 79, 6). Вогдоиов и Вэс 1771 измерили тепловой поток к цилиндрической модели с полусфе- О,В2 агм О,бб а 2б бе тб !ОО д,ми л и сз ;. од о,г в О,1 и гп о -ю -го 7,;т,„, К -бо Ф и г. 79. Сравнение средних ковффициевтоз теплоотдачи для моделей раз- ных форм, а = О', М = 3,5 !76). о — модели и целсвц б — модели бев носовых частей.
оо о,б о 2 б и Ь/И Ф и г. 80. Козффициент теплоотдачи к цилиндру с полусферичеснои носовой частью и иглами разной длины, М = 14 ~771. Ло — ковФФициевт теплоотдаче для тела бев иглы; Ъ вЂ” длина иглы; б — диаметр цилявдра. О полусФеРа в целом; О передняя поверхность полусферы; О задняя повеРх- вость полтсберы. ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛЕНИЯ В ОТРЫВНЫХ ТЕЧЕНИЯХ 171 рической носовой частью и иглами различной длины в потоке гелия при М„= 14 и давлении торможения -70 ата. Число Рейнольдса, вычисленное по длине иглы, было равно 0,365 10', а отрывное течение было ламинарным.
Реаультаты измерений теплового потока к носовой части представлены на фнг. 80. При использовании иглы длиной, равной четырем диаметрам цилиндра, тепловой поток к полусферической носовой части модели составляет менее т/а теплового потока к модели без иглы. Кроуфорд (78) провел широкое исследование теплопередачи к цилиндрической модели с полусферической носовой частью и иглой при номинальном числе Маха 6,8 и в интервале чисел Рейнольдса Нею вычисленных по диаметру цилиндра и параметрам потока перед моделью, от 0,12 10' до 1,5.10'. Широкий интервал чисел Рейнольдса поаволил исследовать случаи ламинарного, переходного и турбулентного течений на границах области отрыва. Теплоотдача к полусфере с иглой существенно аависнт от вида течения в области отрыва.
В случае тела с иглой переход происходил на границе области отрыва или перед ней при числе Рейнольдса, вычисленном по параметрам невоамущенного потока и длине модели беа иглы, Ке ж 0,5 10'. Наименьшее число Рейнольдса, вычисленное по длине пограничного слоя до перехода, составляло около 0,06 10' при длине иглы /Я = '/ю но на теле с иглой переход может проиаойти при значительно меньшем числе Рейнольдса, следовательно, игла может быть првменена как турбулизатор пограничного слоя. На фиг. 81 показаны отношения местных тепловых потоков к модели с иглой (/Я=2) д, к местным тепловым потокам в критической точке тела без иглы В, вь Для всех остальных длин игл ЬЯ ('/„1, 2, 3 и 4) аависимости подобны.
Как видно иа фкг. 81, тепловой поток уменьшается около основания иглы, ко достигает максимума вблизи точки присоединения течения на полусфере. На фиг. 81 представлены также результаты расчетов по методам Стайна и Уэнлеса (811 для ламинарного течения и по методу Коэна [82) для турбулентного течения. В обоих случаях предполагалось. что пограничный слой начинается в предполагаемой точке присоединения. Хотя результаты расчетов недостаточно хорошо согласуются с акспервментом, они определяют общую тенденцию. Кроуфорд !78) построил аависимость д„/д,с „, от Я/Ь отдельно для рааличных областей чисел Рейнольдса от 0,14 10' до 1,4 10', чтобы исследовать влияние изменения длины иглы.
Так как все случаи подобны, представлена лишь область 0,59 10' ( ( Веке-. 0,66 10' (фиг. 82). С ростом Я/Ь местный тепловой поток уменьшается, и общим следствием удлинения иглы является снижение теплового потока *"1*Ь!'Ь Ю и а о о Ц„ ао о х о о' о э $ о Р о о о ~аоо о оо о оо Я хь о °, о а о ю й~ йаа $ о оо а о ооо $ ооо о $ ю о о ав М оо а о о о о оаоо оо Ф ооЯ К «оо о о„оо о ао о~ Д „о 'З о о~ ф оа Ы оо. о ~.. жы 1$ц о ооо ба ооо а о Ф 3 Х о о й й о Ю о Ф 'И ( о й Ф Ю сч з ~Ю ° й $«,Д В ~~ вФ о о щ Ф сч О Ю ' ь|'ь о х о ° ' Ф Ф й К о ~Ъ й~ й й й х74 глава ху в небольшой области у основания иглы и рост теплового потока после присоединення на остальной части поверхности полусферы.
Наконец,на фиг. 83 показано влияние длины иглы на суммарный тепловой поток к полусферической лобовой поверхности, 2,0 йб о,з о ю' 2 4 б б ЮЕ 2 кел Ф и г. 83. Влияние длины иглы и числа Рейнольдса на суммарный тепловой поток к полусферической лобовой поверхности цилиндрической модели [781. Ов к Овв — сУммаРный тепловой поток к полУсФеРической лобовой поверхности прк наличии вглм к бев кее. Как было сказано раньше, при больших числах Рей нольдса тепловой поток к полусфере приблизительно удваивается за счет иглы. Столдер и Нильсен [751 также обнаружили увеличение теплового потока за счет иглы. Однако при небольших числах Рейнольдса влияние иглы сводится к уменьшению теплового потока до 50%.
Это согласуется с теорией Чепмена [61, экспериментальными результатами Богдонова и Васа [771, полученными при ламинарном режиме течения. В опытах Кроуфорда [781 течение в общем было ламннарным. В некоторых случаях при присоединении наблюдался переход. Прн несколько больших числах Рейнольдса [ 0,3 10е) переход начинался до присоединения и число Рейнольдса перехода для свободного слоя смешения было меньше, чем для слоя на стенке. Число Рейнольдса перехода, вычисленное по местным параметрам течения аа пределами ТЕПЛОВЫЕ ЯВЛВНИЯ В ОТРЫВНЫХ ТКЧВНПЯХ 175 области отрыва, возрастало с ростом чисел Маха и Рейнольдса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
