3 (1014110), страница 12
Текст из файла (страница 12)
При увеличении относительной толщины профиля и угла атаки роль сопротивления давления увеличивается. Сопротивление трения вначале меняется мало, а затем снижается. Так же как и полная сила лобового сопротивления, коэффициент сопротивления может быть представлен в виде двух слагаемых: с„= с„„+ с„,, где сла — коэффициент сопротивления давления; с„, — коэффициент сопротивления трения. С увеличением толщины профиля положительные градиенты давления на кормовой части профиля увеличиваются и точка отрыва смещается против потока. По этой причине увеличивается сопротивление давления.
Так как при этом величина поверхности трения сокращается, то с„, снижается. С ростом числа Ке для хорошо обтекаемого профиля с,„незначительно убывает, так как уменьшаются толщина пограничного слоя и зона срыва. Вместе с тем при возрастании Ке уменьшается и коэффициент трения ~см. предыдущие параграфы). При оценке влияния формы тела н числа Ке иногда следует учитывать, что пограничный слой оказывает влияние на внешний поток: линии тока внешнего течения вытесняются пограничным слоем.
Подробное исследование позволяет установить, что распределение давлений по контуру профиля в потоке вязкой жидкости совпадает с распределением давлений по обводу некоторого фиктивного тела ~полученного из профиля путем утолщения его на величину толщины вытеснения 8"), обтекаемого идеальной жидкостью. Отсюда следует, что структура пограничного слоя определяется внешним потоком, а с другой стороны, пограничный слой может оказывать 283 обратное влияние на внешний поток.
Заметим, что обратное влияние слоя оказывается особенно существенным у задней кромки профиля, где толщина слоя имеет наибольшее значение. Толщина и распределение скоростей в пограничном слое у задней кромки в значительной степени влияют на профильное сопротивление. Число Ке влияет на отрыв потока. Отрыв потока может появиться при больших углах атаки, когда положительные градиенты давления в диффузорных областях достигают больших значений.
Увеличение числа Ке, приводящее к турбулнзации слоя, может резко уменьшить коэффициент профильного сопротивления при больших углах атаки, так как отрыв перемещается к задней кромке профиля и сопротивление давления снижается. Увеличение числа Ке при смешанном безотрывном обтекании смещает область перехода против потока и может привести к возрастанию сопротивления трения.
При больших значениях М набегающего потока на профильное сопротивление влияет сжимаемость. При безотрывном обтекании тонких тсл хорошо обтекаемой формы точка перехода смещается по потоку и коэффициент сопротивления несколько уменьшается. При появлении на контуре тела отрыва увеличение М смещает точку отрыва против потока, чем ухудшает обтекаемость тела.
Следует заметить, что, помимо этого, с ростом М возрастает интенсивность вихревого движения в кормовомследе тела. Заметное увеличение коэффициента сопротивления обнаруживается при околозвуковых скоростях. В этом случае коэффициент сопротивления в функции числа М резко возрастает и в зависимости от формы тела может в несколько раз превысить значение с„;при М (М„. Ранее было показано, что скачки часто приводят к отрыву.потока, что вызывает еще более резкое возрастание сопротивления.
Характер распределения давлений по профилю при околозвуковых скоростях можно видеть на рис. 5-40,а (зона сверхзвуковых скоростей заштрихована). Здесь отчетливо заыепны место расположения скачков и,повышение давлений в скачках. На рис. 5-40,б приведена кривая коэффициентов профильного сопротивления в этой зоне скоростей для крылового профиля. 284 дх дс а 1,а ' ви свс раса скора яу Рис. 5-40 а.
285 Рис. 8-40. Распределение давлений по профилю при околозвуковых скоростях (а) и козффипиенты сопротивления профиля в зависимости от числа М (б). цт да Ля тдт гл ~г Отмеченные выше особенности обтекания тел при околозвуковых скоростях характеризуют специфическое влияние сжимаемости Изложенное показывает, что возрастание коэффициента профильного сопротивления при М >М объясняется увеличением сопротивления давления.
При развитой системе скачков на профиле и отрыве потока доля сопротивления трения невелика и его изменение не может объяснить столь значительное возрастание ск. Заметим, что при М >М может происходить резкое уменьшение коэффициента подъемной силы с„; изменение ся также обусловлено перераспределением давлений на профиле и наступает обычно при ббльщих числах М, чем те, при которых отмечается возрастание ск. Появление звуковых скоростей в точках профиля можно установить по картине распределения давлений.
Коэффициент давления в этих точках принимает значение, определяемое ~по формуле (3-17). Из предыдущего следует, что значение М зависит не только от формы тела, но и от ориентировки тела в потоке, т, е, от угла атаки. При сверхзвуковых скоростях набегающего потока сопротивление давления в основном определяется волновым сопротивлением. Расположение и интенсивность скачков и волн разрежения зависят от формы обтекаемого тела, расположения тела в потоке и числа М . Рассмотрим обтекание ромбовидного профиля при М > 1 (рис.
5-41), Зная геометрические разме|ры профиля, используя формулы, приведенные в гл. 3 и 4, можно расчетным путем построить картину обтекания такого профиля найти углы и интенсивность головного и хвостового скачков АВС и АгВ,С, и волн разрежения 286 0ЕГ и 0~ЕгГг. Тогда мы определим давления в областях гт' и ггг'. Найдя проекцию результирующей силы давления на направление невозмущенного потока, убеждаемся в существовании силы сопротивления, обусловленной изменением давлений в скачках и волнах разрежения. Заметим, что в отличие от дозвуковых скоростей эту часть сопротивления давления,при околозву- Рис.
5.41. Спектр обтекания ромбовидного профиля потоком сверхзвуковых скоростей. ковых и сверхзвуковых скоростях (волновое сопротивление) выделяют в самостоятельную категорию. Коэффициент профильного сопротивления представляется в такой форме; где с„— коэффициент волнового сопротивления тела. 5-14. СОПРОТИВЛЕНИЕ ПЛОХО ОБТЕКАЕМЫХ ТЕЛ В ПОТОКЕ ГАЗА Плохо обтекаемыми будем называть такие тела, которые в любом положении обтекаются с отрывом потока. Для плохо обтекаемых тел, даже при малых скоростях, значительную часть полного сопротивления составляет сопротивление давления.
Специфические особенности спектра отрывного обтекания можно проследить на примере шара или цилиндра. На рис. 5-42 приведены кривые распределения давлений по обводу шара прн М =О (несжимаемая жидкость) 287 для различных чисел Рейнольдса. На участке от передней критической точки до точки М давление вдоль обвода шара резко снижается (конфузорная область), а затем за миделевым сечением наблюдается рост давления (диффузорная область). В некоторой точке 5 происходит отрыв слоя; за линией отрыва давление меняется слабо.
г,а О,Ю О -ц — и, -7,4 и га 4п ии иа тип тга 74и ипград Рис. 8.42. Распределение давлений по обводу шара при разных числах Рейнольдса. 7 — Не=157300; ех=Ю,4711 П вЂ” Не=3514300; е„=0,313; !П Не= =Язвэх1; е =0.1511 хи — не 4ш500; е =0,133. При рассматриваемых скоростях (М = 0) значительное влияние на распределение давлений оказывает число Рейнольдса. Можно отметить, что с ростом )хе давление в точке М уменьшается, а в точке 5 — растет.
Характерно также смещение точек М и 5 по потоку. Многочисленные опыты подтверждают существование зависимости коэффициента сопротивления шара (цилиндра) 288 от числа )те . На рис. 5-43 приведены соответствующие графики. Здесь могут быть отмечены пять характерных областей изменения с,. При Ке (2 10' —; 3 10' с„умень. 1 шается с ростом (се и особенно интенсивно в зоне малых )че ( 100.
На участке 11е = 2 10' †: 2 10' коэффициент сопротивления несколько возрастает (область 111), а затем в интервале ),"е = 2 10' †: 2 10' сх сохраняется постоянным (область 117). Вслед за тем в узком диапазоне изменений Ке =2 1О' †: 4 1О'(4,5 10') с„ кризисным образом уменьшается (область 11). При )хе > 4,5 1О' отмечается некоторое увеличение с, после чего с приних' х мает практически постоянное значение. Опыты показывают, что переход из одной области в другую сопровождается изменением спектра обтекания шара (рис, 5-43). При малых )се ( 100 основную роль играет сопротивление трения, причем резкое уменьшение с, с ростом числа Рейнольдса в этой области подтверждает отсутствие „квадратичной" зависимости между силой сопротивления и скоростью с . Образование отрыва в кормовой части вызывает далее медленное падение с, с ростом )се .
Область П1 характеризуется слабым возрастанием с„, что объясняется интенсификащчей вихревого движения в кормовой области. В этой области сопротивление трения в пограничном слое невелико. Основную роль играет сопротивление давления. 3 десь, как и в области 1)7, на линии отрыва слой ламинарный. Как известио, положение точки отрыва л ламир ого слоя не зависит от числа Рейнольдса. Следовательно, при некотором значении )хе = 10' †: 2 1О' линия отрыва занимает фиксированное положение на поверхности шара (цилиндра) и дальнейшее возрастание (се не приводит к изменению положения линии 5. Область 117, соответствующую постоянному значению с, называют областью .автомодельности" по числу Рейнольдса. Однако и в этом интервале изменений )се происходит перестройка спектра обтекания шара.
Отрываю- 1 Верхняя граница Ке «„ 3 10' соответствует шару, а нижняя йе ., 2 10е — цилиндру. !9 м. е. Дейч 289 и о ы л сь Ю ы ь' о о Ф 1 гт г г з са са гя а гч сг сг сг сг 29! ы О. ы ы а л и а" ы ц ы ы и йр о ь а. ы к о ! иг й и .э еь 3 и и Ы и ы 3 З и щийся в точке 5 ламинарный слой турбулизируется в некоторой точке Т на границе зоны отрыва. С ростом числа Ке линия перехода Т перемещается в направлении к линии отрыва Я, так как при этом увеличивается турбулентность в кормовой вихревой области.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
