Отрывные течения. Том 3 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
Фиг. 23. Влияние вдува на теплопередачу в случае hw - he = 1 (в случае
Моо 1 значение hw может быть любым) [55].
(Qw) тепловой поток
(О) г тепловой поток при отсутствии вдува ' Ри; - суммарный
тепловой поток
UJ в j -=L)
_______
я стенке между точками отрыва и присоединения; - ^ = ^mi'^eue^) У Re/C -
беэраз^ мерный расход вдуваемого газа.
224
ГЛАВА XII
Рг < 1 вдув вызывает уменьшение коэффициента восстановления как для слоя
смешения, так и для пограничного слоя. Пунктирной кривой на фиг. 22
представлены значения г, вычисленные Jloy [56]. Если в область отрыва
вдувается газ с расходом
о о
jpudl/ = VpeUe\lelC j dZ, = - ? d V Pe^JC,
Id
(индекс d относится к застойной области), то в области присоединения не
происходит возвратного течения и тепловой поток равен нулю (фиг. 23)
[55].
Фиг. 24. Конус со вдувом [55].
Чтобы оценить требуемый расход вдуваемого газа т;, рассмотрим конус с
углом при вершине 30° (фиг. 24), радиусом основания 0,3 м, движущийся со
скоростью, соответствующей числу Маха 20, на высоте 30 км; одна треть
объема конуса первоначально занята жидким воздухом или жидким водородом.
Конус пролетит с постоянной скоростью расстояние около 1,4 -Ю6 диаметров,
или 800 км, при нулевом теплообмене до полного расхода запаса жидкого
газа. Практический эффект зависит от числа Рейнольдса, до которого
свободный слой смешения может остаться ламинарным. Влияние вдува газа на
поверхностное трение по существу такое же, как и влияние на тепловой
поток [56].
Как уже было указано в гл. I и XI, при дозвуковых и сверхзвуковых
скоростях теплопередача влияет на положение отрыва и протяженность
области отрыва. При охлаждении поверхности тела градиент давления
увеличивается, а протяженность области отрыва уменьшается. В случае
равномерно замедляющегося течения повышение температуры стенки от
комнатной до точки кипения может привести к сокращению длины области
отрыва ламинарного слоя на 16% [57].
Прй сверхзвуковых скоростях благодаря охлаждению модели в виде
цилиндра с коническим расширением протяженность области отрыва
ламинарного слоя уменьшается, а градиент давления увеличивается, что
аналогично случаю меньших скоростей; эффективность конического расширения
иногда возрастает [58].
УПРАВЛЕНИЕ ОТРЫВОМ ПОТОКА
225
2. УПРАВЛЕНИЕ ТЕЧЕНИЕМ С ПОМОЩЬЮ ОТРЫВА
В гл. I и XI упоминалось, что отрыв от передней кромки при некоторых
условиях может скорее привести к увеличению эффективности, чем
предотвращение отрыва.
2.1. УПРАВЛЕНИЕ ОБТЕКАНИЕМ КРЫЛА ПРИ ДОЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ С ПОМОЩЬЮ
ОТРЫВА
Для обеспечения эффективных характеристик на крейсерском режиме
при сверхзвуковой скорости применяется тонкий остроносый профиль, но при
посадке и взлете с малыми скоростями
Фиг. 25. Возможные формы щитков со свободной линией тока [43].
Ф и г. 26. Сравнение величип CL, полученных различными способами [43].
15-0828
226
ГЛАВА XIE
этот профиль невыгоден, так как подъемная сила мала, сопротивление
велико, управляемость плохая и на переднюю кромку вследствие отрыва
действуют переменные нагрузки. Таким образом, для улучшения характеристик
при малых скоростях желателен более толстый профиль, который может быть
получен, как указано на фиг. 25.
Обеспечивая отрыв на передней кромке нижней части и присоединение на
передней кромке верхней части профиля, можно получить приблизительно
постоянное давление на линии тока, соединяющей передние кромки обеих
частей. Положительный градиент давления на верхней части профиля может
стать большим, поэтому для предотвращения отрыва скругляется передняя
кромка верхней части и делается щель для обеспечения энергичного вдува и
присоединения потока.
Такой способ управления потоком выгодно отличается от других способов
увеличения подъемной силы (фиг. 26) при одинаковых коэффициентах импульса
вдуваемой струи
C* = qmVjl (-jpi&A) ,
где qm - массовый расход вдуваемого воздуха, - скорость струи, А -
площадь щели. Однако при одинаковых углах атаки сравнение менее выгодно.
2.2. УПРАВЛЕНИЕ ОТРЫВНЫМ ТЕЧЕНИЕМ С ПОМОЩЬЮ СТОЯЧИХ ВИХРЕЙ
Управление течением с помощью стоячих вихрей предпринимается с целью
изменения установившегося потенциального течения путем изменения площади
потока. Если этот способ управления недостаточно эффективен, можно
дополнительно применить другие методы, например отсасывание. Этот принцип
управления потоком был применен к классическому крыловому профилю с
острой задней кромкой, а недавно Ринглеб [59, 60] применил его к
диффузору с внезапным расширением (фиг. 27). Визуальное наблюдение
течения, осуществленное Фреем [61], показало, что стоячие вихри
образуются в соответствии с теорией вихрей. Стационарные стоячие вихри н&
являются вихрями потенциального типа, так как в диффузоре с расширением
они разрушаются. Для усовершенствования такога диффузора необходимы
