Отрывные течения. Том 2 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
окном из сапфира и охлаждаемые жидким азотом. В основном излучение имело
длину волны менее 2 мкм. Изучение следа за объектами малого диаметра
производится с помощью микроволновых зондов с длиной волны, достаточно
малой для обеспечения необходимого пространственного разрешения. Частота
микроволновых колебаний должна превосходить плазменную частоту по крайней
мере на два порядка. Так как на распространение электромагнитных волн
влияет концентрация и частота столкновений электронов, то для их
определения необходимо измерять затухание амплиту-
ТЕЧЕНИЕ В СЛЕДЕ
147
ды и изменение фазы сфокусированного микроволнового луча. Примеры
измерения затухания амплитуды, концентрации электронов и изменения фазы в
гиперзвуковом следе показаны
§ 1 и
f
i / ' Амплитуда (c)
1 / ! /1 {^ш Тб по
\ / Полон <ение. 1уча
1 Конце} трацш 1 эпенп iponoe (c)
!/
25 50 75 100 126 ISO 175
Расстояние за фронтом скачка, ми
200
Фиг. 62. Амплитуда микроволнового луча и концентрация электронов в
гиперзвуковом следе [105].
на фиг. 62 и 63. Из фиг. 62 видно, что вблизи области сжатия потока
отношение амплитуды излучения, прошедшего через след, к ее исходному
значению становится больше единицы и на некото-
Ф и г. 63. Изменение фазы в семилучевой системе 70 Gc [105]. Давление 10
мм рт. ст.; скорость 5,4 км/с; модель - сфера с медным покрытием.
ром расстоянии вниз по потоку концентрация электронов резко уменьшается.
Градиенты концентрации электронов и амплитуды имеют значительные величины
в небольшом интервале.
143
ГЛАВА УИГ
Из фиг. 63 видно, что пики сигналов в соседних измерительных линиях
смещаются в осевом направлении из-за неодновременного пересечения тонких
микроволновых лучей ионизованным фронтом скачка уплотнения.
Результаты измерений концентрации электронов весьма полезны для выявления
аэродинамических свойств следа, в особенности ближнего следа
непосредственно за донным срезом, где определение и измерение параметров
потока затруднительно при больших скоростях. Мунц и Земпель [106]
электронным пучком производили измерения в гиперзвуковых следах за
конусом при малой плотности и М" = 13 и 18 до чисел Рейнольдса, при
которых в ближнем следе возникает турбулентность. Затем по измеренным
значениям концентрации электронов и вычисленному давлению определяли
энтальпию. Микроволновым методом измерялось радиолокационное сечение,
величина которого зависит от концентрации электронов и частоты
столкновений.
Луч радиолокационной антенны отражается от расширяющегося следа.
Отраженный сигнал испытывает доплеровское смещение вследствие движения
следа и возвращается обратно в антенну. Величина этого сигнала в каждый
момент времени определяет радиолокационное сечение следа для данного
расстояния.
2.3. РАСЧЕТ СЛЕДА ПРИ БОЛЬШИХ СКОРОСТЯХ
Большинство расчетов следа при больших скоростях основано на
непосредственном применении классического интегрального метода благодаря
его простоте. Интегральный метод удовлетворяет уравнению сохранения в
среднем по сечению и точно вдоль оси симметрии осесимметричных следов и
струй. Необходимо, однако, задать радиальное распределение параметров
потока. Эти распределения выбираются на основе экстраполяции известных
зависимостей для малых скоростей и асимптотических характеристик следа с
использованием соотношений Крокко. Предполагаемые распределения должны
обладать "местным подобием", т. е. соответствующим образом
нормализованные радиальные распределения предполагаются не зависящими от
координаты в направлении потока, если они выражены через нормализованные
радиальные координаты, преобразованные с учетом плотности.
Основной недостаток интегральных методов связан с невозможностью точного
удовлетворения начальных условий. Могут быть учтены только начальные
условия на оси следа и интегральные величины, как полное количество
движения и потеря энергии. Другие параметры потока и радиальные
распределения параметров потока должны соответствовать принятым профилям.
Поэтому заранее исключается неавтомодельность потока. Шлих-
ТЕЧЕНИЕ D СЛЕДЕ
149
тинг [107] использовал этот интегральный метод. С некоторыми
незначительными изменениями, как учет неравновесности воздуха,
интегральный метод использовался в работах [108-113], в предположении
переменных параметров внешнего течения в работах [6, 107, 109, 113-115,
117], с учетом изменения высоты полета в работах [118, 119], с учетом
изменения по времени параметров атмосферы (в связанной с Землей системой
координат) в работах [118, 120]. Другой применяемый метод - интегральный
метод полос 1), позволяет более точно описать поле течения и
удовлетворить более сложным начальным условиям при отсутствии
автомодельности в потоке. Однако требуется большое количество полос,
чтобы приблизить точность этого метода к точности конечно-разностного
метода решения основных уравнений при произвольных начальных и граничных
условиях [121]. Интегральный метод полос использовался в работах [122-
