Краснов Н.Ф. Аэродинамика (том 2) 1980 (947285), страница 55
Текст из файла (страница 55)
При охлаждении газа снижается его динамическая вязкость и возрастает плотность. Это способствует устранению причин неустойчивости ламинарного пограничного слоя в газе, который успешней противостоит действию возмущений, вызывающих турбулентные пульсации. Отвод тепла, благодаря которому температура на границе слоя становится меньше, чем на стенке, осуществляется различными техническими средствами, которые выбирают в зависимости от конструкции летательного аппарата и его назначения. Повышению аэродинамического качества летательного аппарата и улучшению характеристик его устойчивости и управляемости способствуетприменениевспомогательных поверхностей на отдельных элементах конструкции.
К числу их относят аэродиналтические гребни, представляющие собой небольшие выступы на верхней поверхности крыла, параллельные продольной оси летательного аппарата. Их назначение — препятствовать перетеканию пограничного слоя вдоль размаха крыла и уменьшать срыв потока с его боковых кромок. Для этого предназначены концевые шайбы, установленные у этих кромок. Как и гребни, они способствуют улучшению обтекания, что проявляется в меньшем действии на крыло концевых вихрей.
В резуль- зог Глава тринадцатая у(м ~) Рис. 1Здб Обтекание затупленпого тела со вдувом газа: / — корпус; 2 — отверстие для адуве; Л вЂ” положение скачка уплотнения бев вду. ве; 4 — скачок уплотнения при адуве тате снижается индуктивное сопротивление, возрастает аэродинамическое качество. Снижению сопротивления и теплопередачи при больших сверхзвуковых скоростях способствует тонкая игла перед затупленным телом.
Рассмотрим это явление. Отсоединенный почти прямой скачок уплотнения перед затупленным телом (рис. 13.7.5гп) может изменить форму, если перед этим телом установить тонкую иглу (рис. 13.7.5,б). Поток может оторваться на игле и образовать область течения клинообразного или конусообразного типа в зависимости от того, является ли тело плоским или цилиндрическим. Под влиянием такого отрывного течения изменяется форма головного скачка уплотнения от почти прямого до косого, что обусловливает снижение лобового сопротивления и теплопередачи вточке полного торможения затупленной поверхности.
Однако в области между скачком и наконечникоммогут возникать высокие местные тепловые потоки, что несколько снижает эффективность использования иглы. Экспериментальные исследования показывают, что эффект, аналогичный использованию иглы, может быть достигнут струей газа, выдуваемой через небольшое отверстие на стенке головной части навстречу набегающему потоку, или применением системы малых отверстий (пористой стенки), через которые осуществляется инжекция газа в обтекающий поток. В обоих случаях благодаря вводу дополнительной массы газа происходит отрыв потока от затупленного тела, который образует как бы новую обтекаемую поверхность (псевдотело) с меньшей степенью затупления и большей длиной.
В результате головной скачок уплотнения, сохраняя криволинейную форму, отодвигается от носка и снижает свою интенсивность. Это обусловливает более благоприятное перераспределение давлений и скоростей на затупленном носке и, как следствие, снижение сопротивления и теплопередачи. Такая модель течения приведена на рис.
13.7.6, на котором показана затупленная стенка с одним отверстием. зоз Трение Рыс. !З.ад Смешанный пограничный а слой на пластинке: ! — лаыииарный пограничный слой; 2 — области перехода; л — турбулентный пограничный слой й 1З.В. Смешанный пограничный слой. Критическое число Рейнольдса Для расчета пограничного слоя необходимо проанализировать характер этого слоя на обтекаемой поверхности. Наблюдения показывают, что характер пограничного слоя существенно зависит от режима обтекания, определяемого числом Рейнольдса. Если рассмотреть поверхность в виде пластинки (рис.
13.8.1), то на переднем ее участке при сравнительно небольших числах аде = )гахрб/рб образуется ламинарный пограничный слой, затем следует область перехода ламинарного слоя в турбулентный, завершающаяся на хвостовых участках полностью турбулентным течением, которому соответствуют достаточно большие числа ке. Такой пограничный слой на обтекаемой поверхности называют смешанным. Следует отметить, что как ламинарный, так и турбулентный пограничные слои возможны при любых числах Рейнольдса. фактически на обтекаемой поверхности в пограничном слое устанавливается режим течения, который при данных условиях является устойчивым. При небольших числах Ке устойчив ламинарный режим. При больших их значениях ламинарный пограничный слой оказывается неустойчивым. Некоторыми искусственными приемами, например обеспечивая плавный подвод жидкости к пластинке с гладкой поверхностью, можно создать ламинарный пограничный слой и при достаточно больших числах Рейнольдса.
Однако такой режим течения неустойчив, и при всяком, даже малом, возмущении он переходит в устойчивый турбулентный режим. Это относится и к неустойчивости турбулентного пограничного слоя, который может возникнуть на передней части пластинки (где числа Рейнольдса малы), если имеются какие-то начальные возмущения. Но как бы велики ни были эти возмущения, при течении у передней кромки они затухают, если местное число йсе = )убхрб/1тб не превышает некоторого предельного значения числа Рейнольдса.
Число Ке, Глава тринадцатая 304 о о,сот о, ооо аме о,аоо о, аог гое го' ~аа ~о чох не=в оо Рис. 13.8.2 Изменение местного коэффициента трения на пластинке и значения критических чисел Рейнольдса; à — ламинарный пограничный слой; г — область перекопа; Π— турбулентный погра. яичный слой Рис. 1383 Схема перехода ламинар. ного пограничного слоя в турбулентный: à — ламииарный пограничный слой; 2— фиктивный участок турбулентного пограничного слоя; Π— турбулентный пограничный слой аа точкой перехода; е — турбулентный пограничный слой, начинающийся е точке О отделяющее область устойчивого ламинарного течения от остальных участков поверхности, на которых имеются области перехода и устойчивого турбулентного течения, называют критическим числом Рейнольдса )хе,р — — Убх,ррб/рб Иногда это число, определяемое по расстоянию хкр' до начала области перехода, называют первым или минимальным критическим числом в отличие от второго критического числа РейнольДса 1хе„р — — УбхкрРб/Ра, отДелЯюЩего область пеРехоДа от зоны развитой турбулентности и вычисляемого по координате х„р конца этой области.
В области перехода течение носит перемежающийся характер: происходит смена ламинарных и турбулентных состояний через неравномерные промежутки времени. Физические свойства такого течения характеризуются коэффициентом перемежаемости, указывающим, какую долю промежутка времени в определенном сечении потока существует турбулентность. В результате исследований обычно находят диапазон чисел Рейнольдса, ограниченный первым и вторым критическими их значениями и определяющий размеры области перехода. Приближенные значения этих чисел можно найти из графика (рис. 13.8.2), полученного по экспериментальным данным на пластинке, обтекаемой несжимаемым потоком с малой начальной турбулентностью. Первое критическое число Рейнольдса определяется по минимальному значению коэффициента трения, соответствующему концу участка ламинарного пограничного слоя, и равно Ке„р ж 3.10а.
За точкой минимума сои следует резкое, почти скачкообразное возрастание местного коэффициента трения, который достигает максимального зна чения, соответствующего границе области перехода и второму крити- Трение яе„р /и в нерр (ие„р)р в,в вл П,2 Рис. 13.8.5 Влияние шероховатости поверхности пластинки на критическое число Рейнольдса Рис.
13.8Л Влияние степени турбулентности в несжимаемой жидкости на критическое число Рейнольдса в случае обтекания пластинки ческому числу Рейнольдса вее„р ж 4 1Оа. Правее этой границытурбулентный пограничный слой устойчив. В приближенных практических расчетах можно исходить из того, что ламинарный пограничный слой отделен от турбулентного областью перехода с бесконечно малыми размерами, т. е. точкой. Координата хнр этой точки перехода П (рис.
13.8.3) определяется по критическому числу Рейнольдса, которое вычисляют как среднее между первым и вторым критическими значениями этого числа. При оценке величины числа 12енр необходимо использовать экс- ПЕРИМЕНтаЛЬНЫЕ ДаННЫЕ. ТаКОЕ ЭКСПнадиавситаЛЬНОЕ КРитиЧЕСКОЕ ЧиСЛО Рейнольдса позволяет делать количественные оценки, а также анализировать качественно явление стабилизации ламинарного пограничного слоя, процесс перехода его в турбулентный пограничный слой и закономерности формирования потока в этом слое, В частности, установлено, что наличие ламинарного участка и области перехода не влияет на закон развития турбулентного пограничного слоя после точки перехода.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
