Пространственные гиперзвуковые течения вязкого газа - Башкин В.А.
ISBN 5-02-015563-2
Скачать (прямая ссылка):
При малых углах атаки, когда расчет проводится для всей области невязкого течения, эффекты несовершенства проявляются наиболее сильно на наветренной стороне и заметно ослабевают на подветренной стороне (рис. 4.41: 0К = 22°; 6 = 1,788; а = 5°; H = 35 км; штриховые линии — реальный газ; сплошные — совершенный газ); эта неравномерность влияния несовершенства газа возрастает с увеличением угла атаки и связана с резким различием в уровнях температур газа на наветренной и подветренной сторонах обтекаемого тела. Такая неравномерность в
Рис. 4.40 Рис. 4.41
ского конуса приводит к изменению формы головной ударной волны по сравнению со случаем течения совершенного газа. Если при анализе формы головной ударной волны в качестве характерного масштаба принять величину ее отхода в плоскости симметрии на наветренной стороне, то это изменение формы наиболее существенным будет на подветренной стороне конуса (рис. 4.42).
При больших углах атаки, когда расчет проводится для ограниченной области течения (0^0*), несовершенство газа практически не приводит к изменению формы головной ударной волны на наветренной стороне конуса, различие между результатами расчетов для со-
116
Гл. 4 ОСТРЫЕ ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ КОНУСЫ
вершенного и несовершенного газов при 9^80° не превышает 4% (рис. 4.43: 0К = 15°; 6 = 2; а = 30е; сплошная линия — совершенный газ при M00 = 7; реальный газ: треугольники — K00 = 2350 м/с; квадратики — V00 = 3356 м/с; крестики — V00 = 6713 м/с), где <р — центральный угол, отсчитываемый от плоскости симметрии на наветренной стороне тела. Moo«5 Аналогичное влияние оказывает
несовершенство газа на распределение относительных величин давле-
Рис. 4.42
ния и плотности на наветренной стороне тела (рис. 4.44 0К = 15°; 6 = 2; а = 30°; сплошные линии — совершенный газ; штриховые — реальный газ при V00 = 2350 и 6713 м/с; верхняя группа кривых соответствует ударной волне, нижняя — поверхности тела). При всех рассмотренных скоростях набегающего потока изменение относительных величин давления и плотности как на поверхности тела, так и на ударной волне является малым за исключением некоторой области на ударной волне в окрестности плоскости большой полуоси, где изменение относительной плотности при больших скоростях является значительным.
Об изменении абсолютных значений давления и плотности на наветренной стороне в плоскости симметрии течения вследствие несовершенства газа для рассмотренных условий обтекания конуса с 0К = 15е и 6 = 2 под углом атаки а = 30° можно судить по данным приведенным в табл. 4.3.
§ 4.8. ВЛИЯНИЕ ЭФФЕКТОВ РЕАЛЬНОГО ГАЗА
117
Таблица 4.3
Поверхность Ударная волна
K00, м/с P JL Рсо P Рсо Газ
2350 0,3594 0,3598 5,584 5,134 0,3362 0,3339 5,307 4,868 Несовершенный Совершенный
3356 0,3692 0,3698 6,672 5,134 0,3497 0,3458 6,392 5,369 Несовершенный Совершенный
6713 0,3759 0,3778 9,482 6,075 0,3627 0,3551 9,210 5,813 Несовершенный Совершенный
Таким образом, учет несовершенства газа приводит к очень незначительному изменению как относительных, так и абсолютных значений давления в поле течения вокруг эллиптического конуса. Отсюда также следует, что несовершенство газа слабо влияет на его аэродинамические коэффициенты. Так, например, для кругового конуса с 0К = 20°, обтекаемого под углом атаки а = 30° при числе Маха M00 = 25 на высоте Я = 35 км, различия в значениях нормальной и тангенциальной сил, вычисленных для совершенного и несовершенного газов, составляет 0,1 % и 0,6% соответственно.
Если несовершенство газа сравнительно слабо влияет на относительные значения плотности, в первую очередь на поверхности тела, то его влияние на абсолютные значения плотности весьма существенно. Также сильно влияет учет несовершенства газа на абсолютные значения температуры в сторону их понижения по сравнению со случаем совершенного газа.
Поскольку несовершенство газа существенным образом влияет на абсолютные значения плотности и на отход ударной волны, но почти не сказывается на их относительных значениях, то, следовательно, можно ожидать определенной связи между относительным изменением плотности газа на ударной волне и относительным изменением отхода ударной волны в плоскости симметрии на наветренной стороне. Результаты расчетов показали следующее (0К = 15°; 6 = 2; а = 30°):
K00, м/с 2350 3356 6713
Рсов^ Рнесов 0,918 0,840 0,630
снесов' ьсов 0,915 0,835 0,623
Таким образом, с большой степенью точности относительная величина отхода ударной волны равна обратному отношению плотностей на ударной волне в плоскости симметрии течения на наветренной стороне.
118
Гл. 4 ОСТРЫЕ ЭЛЛИПТИЧЕСКИЕ КОНУСЫ
Рассмотрим теперь влияние реальных свойств воздуха на распределение и величины коэффициентов сопротивления трения и теплопередачи. Расчеты были проведены для эллиптического конуса с углом полураствора 8К = 15° и коэффициентом эллиптичности 6 = 2, движущегося на высоте H = 35 км; поверхность тела изотермическая
Рис. 4.46
с температурой = 1000 К. Влияние числа Маха M00 = 10—20 было исследовано при угле атаки а = 5°, а влияние угла атаки а = 5—40° при числе Maxa M00 = 15. Расчеты показали, что влияние несовершенства газа увеличивается с ростом угла атаки при фиксированной скорости движения и с ростом числа Маха при фиксированном угле атаки и приводит к снижению значений коэффициентов сопротивления трения и теплопередачи по сравнению со случаем течения' совершенного газа (рис. 4.45—4.47: сплошные линии — совершенный газ; штриховые — реальный газ).
