Отрывные течения. Том 2 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
100 мм рт. ст. ширина следа увеличивается пропорционально х1'3 на
расстоянии до 50 калибров [97]. Профиль ламинарного следа за тонким телом
несимметричен при М. = 2,5, и можно утверждать, что в общем случае
скорости расширения и затухания хорошо совпадают с соответствующими
скоростями в несжимаемой среде [98]. Однако, по-видимому, существует
исключение, поскольку эксперимент при М" " 6 показал, что ширина
ламинарного следа остается постоянной на расстоянии десяти или более
размеров донного среза за клиньями с различными угла-
Расширение турбулентного следа удобно определять по следующему степенному
закону:
где d - диаметр дна осесимметричного тела, Ь и х - ширина и расстояние
вдоль следа соответственно. Эта полуэмпирическая формула получена на
основе экспериментальных данных Дейна и Шорта [99] для сферы при скорости
2260 м/с и экспериментальных данных Слэттери и Клея [100] для конуса и
сферы в интервале скоростей 1200-5200 м/с при давлении 20-200 мм рт. ст.
В экспериментах со стальной сферой при скоростях 800-1600 м/с Марфи и
Дикинсон [101] получили п = Ч3 для степенного закона следующего вида:
где а и с - коэффициенты.
Закон расширения турбулентного следа был также получен Слэттери и Клеем
[100]
ми [92]
ТЕЧЕНИЕ В СЛЕДЕ
145
где w - полная ширина следа, А - площадь донного среза модели и ? -
расстояние вдоль следа, измеряемое от критической точки. Чтобы
пользоваться этим уравнением, нужно знать коэффициент сопротивления CD.
Согласно расчетам сопротивления конуса, выполненным Лайонсом и др.,
сопротивление поверхностного трения составляет примерно 11г,
сопротивление давления V3, а сопротивление давления и поверхностного
трения,
10 --------------------------------------------------------
цt/2d
С0У*
Я3 JO2 103
xld
Фиг. 61. Рост турбулентного ядра следа за сферой и конусом (результаты
получены в баллистической установке NOL) [96].
_____in/2d / * \ г/з
CV3 =°.з( d )
обусловленное вязким взаимодействием, а также влиянием поперечной
кривизны и донного среза - величину порядка 5% от полного сопротивления.
Лайонс и др. [96] выполнили подробный расчет СD для сферы и конуса и на
основе экспериментальных данных, представленных на фиг. 61, вывели закон
1/з для роста ширины турбулентного следа
^ = ".9 М-Г.
где х - расстояние вниз по потоку от донного среза.
Экспериментальные данные (фиг. 61) получены для конусов с полууглами при
вершине 6,3 и 8° в интервале скоростей 3050- 5600 м/с и для сферы при
скорости 5050 м/с. Тейлор и др. [102], а также Биллербек [103] тоже
измеряли рост турбулентного следа.
2.2.5. Измерение других параметров в следе
Присутствие небольшого количества ионизованного или возбужденного
электрическим способом газа в следе позволяет проводить визуальные
наблюдения. Измерение этих регистри-
146
ГЛАВА VIII
руемых явлений очень полезно для диагностики потока. Молекулы с
возбужденными электронами излучают во второй положительной полосе спектра
азота, в полосе Шумана - Рунге спектра кислорода и в |3- и у-полосах
спектра окиси азота; все эти полосы находятся в голубой части видимого
спектра. Ионизованные молекулы азота NJ излучают в первой отрицательной
полосе голубой части спектра, а свободные электроны при всех
столкновениях с нейтральными и ионизованными частицами излучают
вследствие свободно-свободных переходов в континууме, простирающемся до
инфракрасной части спектра.
Хансен и др. [104, 105] разработали метод измерения затухания амплитуды и
сдвига по фазе микроволнового луча в зависимости от концентрации
электронов и частоты соударений в следе. Гребенка датчиков типа
сфокусированного микроволнового зонда позволяет измерить как осевое, так
и радиальное распределения концентрации электронов в следе. Но поскольку
электроны превращают среду в проводящую плазму, способную отра-жать,
поглощать и преломлять электромагнитные волны, успешное применение любых
микроволновых приборов для диагностики плазмы зависит от наличия
информации о взаимодействии электромагнитных волн с плазмой. Это
взаимодействие особенно сильно проявляется, когда частота
электромагнитных волн близка к плазменной частоте, которая
пропорциональна корню квадратному из концентрации электронов. Измерения
следа проводятся на баллистических установках, так как такие установки
наиболее экономичны, позволяют тщательно контролировать начальные
условия, а аппаратура размещена близко к траектории полета, где отношение
сигнала к помехе более высокое.
Оптические измерения излучения производятся с помощью коллиматоров,
установленных в поле наблюдения и обеспечивающих необходимое
пространственное разрешение для исследования излучения в следе и его
структуры. Экспериментальные результаты хорошо согласуются с
теоретическими расчетами.
Методика измерения инфракрасного излучения аналогичпа используемой для
видимого излучения, за исключением чувствительных элементов. Применялись
фотосопротивления на основе антимонида индия, помещенные в сосуд Дьюара с
