Отрывные течения. Том 2 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
показано на фиг. 14. Полное давление за пря-жым скачком на центральной
линии модели (z = 0) обозначено через pi, а изменения давления по размаху
определяются с использованием следующего соотношения:
А"'_ Р'Лх, У, г)-Pi (X, у, 0)
р' *;<*.#, о)
и задаются в долях от Изменения толщины вносят дополнительное сильное
возмущение в пограничный слой.
б. ОТРЫВ ПОТОКА ОТ ТОНКОЙ ИГЛЫ ИЛИ ПЛАСТИНЫ, УСТАНОВЛЕННОЙ ПЕРЕД ТУПЫМ
ТЕЛОМ,
ПРИ СВЕРХЗВУКОВЫХ И ГИПЕРЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ
Этот частный случай отрыва потока может быть применен для практических
приложений с использованием преимуществ отрывного течения. Отрыв такого
типа может существовать как в ламинарных, так и турбулентных течениях,
включая взаимодействие скачка уплотнения с пограничным слоем,
присоединение оторвавшихся слоев и пульсационные нестационарные течения.
Вначале перечисляются некоторые возможные практические приложения; затем
описываются особенности механизма течения. Наконец дается описание
подробной картины течения на основе экспериментальных наблюдений.
Экспериментальные исследования проводились большей частью на
цилиндрических моделях с носовыми частями, имеющими полусферическую
форму, плоскую форму, полусферическую форму с плоским срезом, а также
форму оживала и усеченного конуса. Интервал исследуемых чисел Маха
набегающего потока 1,75 ^ М. ^ 14 и чисел Рейнольдса, вычисленных по
диаметру цилиндрической части тела, 0,85 -lO6 ^ Red ^ 1,5-106. Течение
около таких осесимметричных моделей при нулевом и отличном от нуля углах
атаки будет рассмотрено более тщательно после рассмотрения свойств
течения около двумерных поверхностей при нулевом угле атаки. Коэффициенты
сопротивления, подъемной силы и т. п. определялись каждым исследователем
по-своему, что будет упомянуто в соответствующих разделах.
5.1. ПРАКТИЧЕСКОЕ ПРИЛОЖЕНИЕ
Как указывалось в гл. I, тонкая игла, установленная перед тупым телой,
может быть использована для уменьшения сопротивления, а также
теплопередачи при больших скоростях набе-
ОТРЫВ ПОТОКА С ПЕРЕДНЕЙ КРОМКИ
219
тающего потока. На высокоскоростных летательных аппаратах игла может
применяться для более эффективного использования тяги силовой установки.
Например, можно существенно уменьшить тепловые потоки и потребную тягу
воздушно-космического самолета при полете в атмосфере почти с постоянным
числом Маха.
При входе в атмосферу тупого тела с заданной теплоемкостью обеспечиваются
более высокие числа Маха и повышенная эффективность боеголовки, что
затрудняет ее перехват. Так как игла приводит к уменьшению донного
давления и, по-видимому, к уменьшению теплопередачи в донной области,
облегчается задача разработки конструкции аппарата. При сообщении тупому
телу с иглой угла атаки его сопротивление понижается по сравнению С
сопротивлением такого же тела без иглы (хотя и не столь существенно, как
при нулевом угле атаки), а подъемная сила повышается. Поэтому выступающая
игла может оказаться полезной в условиях старта и других условиях полета.
Изменяя длину и диаметр выступающей иглы, можно управлять
аэродинамическими характеристиками; тонкая прямая игла является удобным и
простым средством управления. Однако ее применение несколько ограничено,
если не принять соответствующих мер для устранения неблагоприятных
явлений, связанных с пульсациями потока около иглы, которые могут
повлиять на аэродинамические характеристики.
Б.2. МЕХАНИЗМ ОТРЫВА ПОТОКА ОТ ВЫСТУПАЮЩЕЙ ИГЛЫ
ПРИ БОЛЬШИХ СКОРОСТЯХ
В гл. I были приведены экспериментальные результаты Фет-тингера [45] по
отрыву дозвукового потока от двумерной поверхности. На тонкой пластине,
установленной перед толстой пластиной, поток отрывался под действием
вязкости и положительного градиента давления вдоль тонкой пластины. При
сверхзвуковых скоростях поток также отрывается под действием вязкости и
градиента давления за скачком уплотнения. Одна из первых работ по отрыву
сверхзвукового потока от выступающей иглы, выполненная Мэйром [46],
содержит тщательные наблюдения и физические объяснения. Особенности
отрыва потока от тупого тела с выступающей тонкой иглой можно кратко
охарактеризовать следующим образом: при достаточно большом числе Маха
набегающего потока образуется система скачков уплотнения. При обтекании
тупого тела без иглы образуются скачки уплотнения двух видов:
криволинейный скачок перед телом и косой скачок на поверхности тела (фиг.
15). Если перед телом установить пластину, то возникает довольно сложная
картина скачков уплотнения (фиг. 16-20).
220
ГЛАВА IX
Форма замкнутой области отрыва около двумерной поверхности тонкой
пластины является в общем случае клиновидной с присоединением потока на
поверхности тупого тела. Внутри области отрыва возникает циркуляционное
течение. Область отрыва часто называют застойной зоной, однако этот
термин
Фиг. 15-20. Обтекание двумерного тупого тела с выступающей плоской,
пластиной [46].
не должен связываться с представлением о нулевом значении скорости внутри
