Отрывные течения. Том 2 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
отрыв Потока с передней кромки
243
Типичную картину отрыва потока вблизи излома поверхности иглы можно
увидеть на фиг. 30, где показано чисто коническое течение и выполнено
условие постоянства давления в области отрыва. Таким образом, давление
было измерено при условиях течения, соответствующих фиг. 30, и это
измеренное распределение давления было приведено в начале разд. 5.4.
Случай D соответствует неустановившемуся пульсирующему течению. Было
предположено, что неустойчивость потока связана в большей степени с
явлением присоединения, чем с явлением отрыва [59]. В этой области были
проведены интенсивные исследования [46, 56]. Хотя значения чисел Маха
были различными (М. - 1,96 в работе [46], 6,8 в работе [56] и 10 в работе
[59]), результаты наблюдений аналогичны, поэтому здесь излагаются
результаты наблюдений Мэйра [46]. Приведены фотографии пульсирующего
течения с коротким периодом пульсаций (К = 1). Фазы течения представлены
в хронологическом порядке, о чем можно судить по перемещению слабого
прямого скачка уплотнения в направлении потока. Ниже описано поведение
потока в течение одного периода пульсаций [46]. На фиг. 31 перед тупым
телом видны две головные ударные волны; волна, расположенная выше по
течению, движется вниз по потоку и смыкается со второй ударной волной,
как это видно на фиг. 35 и 36, где представлены две фазы, непосредственно
следующие за фазой, представленной на фиг. 31.
В установившемся потоке эта вторая волна вызывает отрыв потока на игле.
На подлинной фотографии можно видеть слабую коническую ударную волну,
вызванную отрывом и начинающуюся почти на половине расстояния между
основанием иглы и первой ударной волной. На приведенной репродукции она
почти незаметна. Слабая линия, воспринимаемая как продолжение прямого
скачка и на игле почти нормальная к направлению потока (фиг. 32), связана
с эффектом "послесвечения" источника света и не заслуживает внимания.
Фотография на фиг. 31 соответствует началу перемещения точки отрыва вверх
по потоку. По истечении 50 мкс точка отрыва достигает конца иглы (фиг.
32). В этой фазе размеры области отрыва довольно велики, и на конце иглы
формируется сильная, почти прямая ударная волна, распространяющаяся по
нормали к игле приблизительно на расстояние двух диаметров иглы от ее
конца. На больших расстояниях наблюдается слабая ударная волна,
наклоненная к потоку под углом, лишь немного превышающим угол Маха.
Головная ударная волна перед телом не проходит через область отрыва, а
расщепляется на несколько ветвей на расстоянии около двух диаметров тела
от оси. Это расщепление ударной волны, по-видимому, каким-то образом
обусловлено взаимодействием с ударной волной, расположенной выше по
потоку. Пограничный слой на тупом теле
244
ГЛАВА IX
отрывается на торцевой кромке и присоединяется в некоторой точке ниже по
потоку, формируя косой скачок уплотнения. На фиг. 33 представлена
фотография, полученная примерно через 30-40 мкс после фотографии,
представленной на фиг. 32. В течение этого времени область отрыва
расширяется, а значительная часть головной ударной волны на игле
удаляется от тела. Прямая ударная волна, которая кажется расположенной
непосредственно перед телом, должна иметь кольцевую форму, так как в
области отрыва ударные волны не возникают. Светлая полоса перед телом
соответствует участку ударной волны, расположенной вне области отрыва. На
фиг. 34 примечательна затемненная область расширения непосредственно за
головной ударной волной на игле. Она может существовать только в течение
короткого времени. Расширение, вероятно, имеет место, когда область
отрыва ниже по потоку от точки отрыва начинает сжиматься. Можно
предположить, что существование области отрыва ограничено очень коротким
временем быстрого сжатия, достаточного для создания волны расширения.
Фотография, представленная на фиг. 34, получена через 15-21 мкс после
фотографии, приведенной на фиг. 33. На фиг. 34 внешняя часть головной
ударной волны перед иглой еще удаляется от тела. Вблизи конца иглы
головная ударная волна несимметрична, вероятно, потому, что нижняя часть
волны начинает двигаться вниз по потоку немного раньше верхней части. На
фиг. 35 и 36 показаны фазы пульсирующего потока. Эти фотографии получены
через 40 и 60 мкс соответственно после фиг. 34. Ясно видно, что область
отрыва сжимается и головная ударная волна движется вниз по потоку вдоль
иглы. В то же время внешняя часть головной ударной волны непосредственно
перед пересечением с прямым скачком уплотнения еще продолжает удаляться
от тела. Как видно из фиг. 35, 36 и 31, перед носовой частью тупого тела
начинает развиваться новая, почти прямая ударная волна. Прежняя волна,
движущаяся вниз по потоку, сливается с этой новой волной и образуется
единственная волна, которую можно видеть на фиг. 32 и 33.
5.4.5. Пульсирующее течение
Краткое описание основных особенностей пульсирующего течения дано в разд.
