Научная статья на тему 'Исследование характериcтик гиперзвукового воздухозаборника на расчетном режиме при умеренных числах Рейнольдса'

Исследование характериcтик гиперзвукового воздухозаборника на расчетном режиме при умеренных числах Рейнольдса Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
237
65
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Ученые записки ЦАГИ
ВАК
Область наук

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Башкин В. А., Егоров И. В., Иванов Д. В.

На основе полных уравнений Навье -Стокса исследованы характеристики простейшего плоского гиперзвукового воздухозаборника с центральным телом в виде одноступенчатого клина с полууглом раствора θk = 10° при расчетном числе Маха М∞ = 5,3. Результаты получены для высоты «горла» hg = 0,5 и ламинарного течения совершенного газа при различных значениях числа Рейнольдса. Показано влияние вязкости на структуру поля течения и установлено поведение местных аэродинамических характеристик на нижней и верхней поверхностях воздухозаборника.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Башкин В. А., Егоров И. В., Иванов Д. В.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Исследование характериcтик гиперзвукового воздухозаборника на расчетном режиме при умеренных числах Рейнольдса»

„______УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ

Том XXVIII : 1997

М2

УДК 629.7.015.3.036:533.697.2

ИССЛЕДОВАНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ГИПЕРЗВУКОВОГО ВОЗДУХОЗАБОРНИКА НА РАСЧЕТНОМ РЕЖИМЕ ПРИ УМЕРЕННЫХ ЧИСЛАХ РЕЙНОЛЬДСА

В. А. Башкин, И. В. Егоров, Д. В. Иванов

На основе полных уравнений Навье — Стокса исследованы характеристики простейшего плоского гиперзвукового воздухозаборника с центральным телом в вцце одноступенчатого клина с полууглом раствора 9* =10° при расчетном числе Маха М. = 5,3. Результаты получены для высоты «горла»

= 0,5 и ламинарного течения совершенного газа при различных значениях числа Рейнольдса. Показано влияние вязкости на структуру поля течения и установлено поведение местных аэродинамических характеристик на нижней и верхней поверхностях воздухозаборника.

Воздухозаборник является одним из важных элементов сверх- и гиперзвукового летательного аппарата (ЛА) с воздушно-реактивной силовой установкой. В большинстве практических приложений воздухозаборник при сверхзвуковых скоростях полета работает при очень больших числах Рейнолвдса, когда на большей части обтекаемых поверхностей в пограничном слое реализуется турбулентный режим течения. Вследствие этого и экспериментальные исследования характеристик воздухозаборников или его отдельных элементов проводятся при турбулентном режиме течения газа в пограничном слое (см., например, [1]); при этом часто используются турбулизаторы (см., например, [2]), если естественный переход имеет место далеко вниз по потоку от передних кромок воздухозаборника.

Вместе с тем для гиперзвуковых ЛА возможны режимы полета при умеренных числах Рейнольдса, например, на начальных участках входа трансатмосферного ЛА в плотные слои атмосферы, когда в пограничном слое на обтекаемых поверхностях реализуется ламинарный режим течения. Такие режимы работы сверхзвукового воздухозаборника мало изучены.

Многие закономерности ламинарного течения и теплообмена в сверхзвуковом воздухозаборнике можно изучать теоретически путем численного анализа полных уравнений Навье — Стокса. В работах [3],

[4] была разработана процедура численного интегрирования двумерных уравнений Навье — Стокса применительно к задачам внутренней аэродинамики, в основу которой был положен численный метод решения задач внешней аэродинамики [5]. С помощью этого подхода в [6] были получены первые результаты по исследованию структуры поля течения и теплообмена в простейшем плоском гиперзвуковом воздухозаборнике с центральным телом в виде одноступенчатого клина с углом полурас-твора 8* = 10° при расчетном числе Мм = 5,3. Расчеты были проведены для трех значений высоты «горла» = 0,5; 0,3 и 0,2 при разных значениях числа Рейнольдса (одно-два значения для каждого А^). Они показали, что каждый из рассмотренных вариантов воздухозаборника имеет различную структуру поля течения, обусловленную поведением обеча-ечного скачка уплотнения:

при А^ =0,5 он попадает в «горло» воздухозаборника, взаимодействует с веером волн разрежения и лишь после этого отражается от нижней поверхности;

при А# =0,3 обечаечный скачок уплотнения попадает на поверхность клина в окрестности угловой точки центрального тела и после отражения взаимодействует с веером волн разрежения;

при А^ = 0,2 он попадает на поверхность клина вдали от угловой

точки и отражается от нее; затем после повторного отражения от верхней поверхности скачок уплотнения взаимодействует с веером волн разрежения.

В настоящей работе продолжено исследование характеристик простейшего воздухозаборника с А^ = 0,5 при расчетном числе

М., = 5,3 для ламинарного течения совершенного газа в широком диапазоне изменения числа Ке. Показано влияние вязкости на структуру поля течения и установлено поведение местных аэродинамических характеристик на нижней и верхней поверхностях воздухозаборника.

1. Нестационарные двумерные уравнения Навье — Стокса в произвольной криволинейной системе координат %, г), где х = х(£, г]), У = л) — декартовы координаты, записываются в дивергентном виде

ле+м.+гс=о. 1 ал)

3/ дг]

Здесь О — вектор зависимых переменных задачи, Е и (7 — векторы потоков в криволинейной системе координат. Векторы б, Е й Є связаны с соответствующими векторами Ос, Ёс и Ссв декартовой системе координат формулами

й = І0с, і? =+ £ = /яс-^ + Сс^0,

^ I, с дх ду) \ дх ду)

в которых I = д(х, у)/— якобиан преобразования.

Декартовы компоненты векторов Ос, Ес и бс для двумерных уравнений Навье — Стокса имеют вид

Ос =

р

ри , Ес =

рр

е

ри

ри2 + р - Ххх

р т - Хду

риН - гпхх - Отду - X

дТ

дх

б?с =

р» РИ1/ - Хдд,

ро2 + р -т

УУ

риН - «Тду - ох

где р — плотность, и, и — декартовы компоненты вектора скорости, р — давление, е = р[с„Т + (и2 +1/2)^2^ — полная энергия на единицу

объема, Н = срТ + (и2 + и2 )у^2 — полная энтальпия, ср и с, - удельные

теплоемкости при постоянном давлении и объеме, х — тензор напряжений с компонентами

Ц^-|чНуГ + 2^, Тху = Хук = |Л

^=цГ-|а^К + 2а1’

)

ду/

V — вектор скорости, ц и Я, — коэффициенты динамической вязкости и теплопроводности.

Система уравнений (1.1) для совершенного газа замыкается уравнением состояния

р = рЯТ/М,

(1.2)

где Я — универсальная газовая постоянная, М — молярный вес газа. Для определения коэффициента вязкости в данной работе использовалась зависимость ц/ц*, =(7’/Гв)0,7, а для определения коэффициента теплопроводности — Рг = \1Ср/Х = 0,7.

Для численного анализа система уравнений (1.1) — (1.2) приводилась к безразмерному виду путем деления декартовых координат на характерный линейный размер X, компонентов вектора скорости — на скорость набегающего потока, давления — на удвоенный скоростной напор набегающего потока; остальные газодинамические переменные относились к их значениям в набегающем потоке.

В физической плоскости расчетная область представляет канал, ограниченный снизу и сверху твердыми поверхностями (рис. 1).

Рис. 1. Схема простейшего воздухозаборника

При решении задачи полностью неявным методом на входной границе ставились условия излучения, записанные в инвариантах Римана и соответствующие расходящейся волне, а на выходной границе — «мягкие» условия экстраполяции газодинамических переменных. На твердых верхней и нижней

поверхностях использовались условия прилипания и непротекания и = V = 0, экстраполяция давления вдоль нормали к стенке с постоянной производной (др/дг\ = 0); Т = 7^. '

Уравнения Навье — Стокса решались полностью неявном конечно-разностным методом [3] с использованием интегроинтерполяцион-ного метода аппроксимации. Для вычисления конвективной составляющей вектора потока применена монотонизированная схема второго порядка точности (МиБСЬ). Для вычисления собственных значений и собственных векторов использовался метод Роу [7] для приближенного решения задачи Римана о распаде произвольного разрыва.

Для аппроксимации диффузионной составляющей вектора потока в уравнениях Навье — Стокса применена разностная схема типа центральных разностей. Шаблон, на котором аппроксимируются двумерные уравнения Навье — Стокса, состоит в общем случае из 13 точек.

Для решения нелинейных сеточных уравнений ДХ), где X — вектор искомых сеточных переменных, использован модифицированный метод Ньютона

^[л+і] = х[к] _ Хк+іВ-іґ(хк),

где 2) = дЕ/дХ — матрица Якоби, к — номер итерации. В процессе численного решения параметр т*+1 определялся по формуле [8]

т*+1

- ДЛГІ*-1],ЛГМ -(ДЛГМ - АА^"1^2

где — вектор поправок. По мере сходимости итерационного

процесса тл+1 -»■ 1. Формирование матрицы Якоби осуществлялось при помощи конечных приращений вектора невязки по вектору искомых сеточных переменных. При аппроксимации уравнений Навье — Стокса оператор дЕ/дХ имеет разреженную блочную тринадцатидиагональную структуру, а элементарный блок — плотная матрица размером 4x4.

Решение системы линейных алгебраических уравнений, получаемых на итерации по нелинейности, осуществлялось при помощи прямого метода Ы7 — разложения (дЕ/дХ = X х и, іде Ь — нижняя,

U — верхняя треугольные матрицы). Для снижения суммарного числа арифметических операций предварительно анализировалась структура разреженности матриц X и U и проводилась перенумерация неизвестных по обобщенному методу вложенных сечений [9].

Численное решение уравнений Навье — Стокса осуществлялось с использованием ортогональной неравномерной расчетной сетки, число узлов которой и распределение их в счетной области выбиралось в зависимости от условий решаемой задачи. Для построения расчетной сетки применялся интегральный метод, представляющий собой численное решение задачи об отображении Кристоффеля — Шварца; в этом случае расчетная сетка полностью определяется геометрией канала [3].

Данная методика использовалась также для численного интегрирования уравнений Эйлера, описывающих течение Идеального газа.

2. Простейшая модель гиперзвукового воздухозаборника представляет собой одноступенчатый клин с полууглом раствора в* = 10° и каналом постоянной высоты hg = const («горло») (рис. 1.) В качестве характерного линейного размера выбрана высота обечайки Н0.

Расчетный режим воздухозаборника соответствует полету при числе Мж = 5,3. На этом режиме головной скачок уплотнения составляет с осью х-в угол 0W =18,67° [10] и попадает на острую переднюю кромку обечайки. Согласно этим данным, сечение входа располагается при хЕ = х*е/Н0 = 2,69, а начальное сечение «горла» — при ** =(l-A*)ctge*. В рассматриваемом случае hg =0,5 будем иметь xg =2,84. Длина воздухозаборника Х = 7, а длина канала «горла» lg = L-Xg = 4,16 или в калибрах высоты «горла» lg jhg = 8,32.

Характеристики простейшего гиперзвукового воздухозаборника с изотермическими стенками (TwQ = Tw/T0 = 0,5, умеренный теплообмен) определялись при расчетном числе Мте = 5,3 в широком диапазоне чисел Re. В рамках уравнений Навье — Стокса силы внутреннего трения проявляются во всем поле течения и определяют собой нижнюю границу по числу Re; для рассматриваемого значения hg она соответствует Re«min =Ю3. При Re*, <Reoomin стационарного решения получить не удалось (из-за наступления чисто дозвукового течения на выходе воздухозаборника). Верхняя граница по числу Re определяется появлением неустойчивости ламинарного течения в областях отрыва, что, в частности, обусловливает неустойчивость численной процедуры.

В настоящих расчетах параметр lN принимался равным нулю. Все расчеты выполнены на неравномерной сетке 101 х 61; при этом вблизи верхней и нижней границ расчетной области, соответствующих твердым поверхностям, выбирались зоны толщиной 2/VRe, в каждой из которых содержалось 20% от общего числа узлов в поперечном направлении. , ,

3. Структура поля течения в гиперзвуковом воздухозаборнике сложна и существенным образом зависит от числа Rew (см. рис. 2 и 3,

KE-IUOO

| | ■..................................... | ........... t>

FM1N* .UUU0E+UO FMAX* .530UE+01 DELTA- .2789E+0D X

RE=10000 FMIN- .OOOOE+OO FMAX* .5300Е+Ч)! DELTA- .2789E+00

RE-100000 FMIN*5 .OOOOE+OO FMAX* .5300E+01 DELTA* .2789E+00

RE=1000000 FMDC= .OOOOE+OO FMAX= -5300E+01 DELTA” .2789E+00)

EMIN-0,2854Et 01 FMAX-0,5300Et01 DELTA-0.1287E+00

Рис. 2. Картины изолиний М = const для различных значений числа Re: hg = 0,5; М„ = 5,3; Tw0 = 0,5

где для разных значений числа Re,,, приведены картины изолиний М = const и томограммы температуры).

В данных расчетах левая граница рассматриваемой области в физической плоскости совпадает с сечением х = 0 и проходит через острую вершину клина центрального тела. При обтекании клина вязким потоком формируется ударная волна, которая близка к косому скачку уплотнения и проходит мимо передней кромки обечайки. Вследствие этого между ударной волной и передней кромкой обечайки происходит перетекание газа, расход которого зависит от числа Re. Это означает, что коэффициент расхода воздухозаборника, определяемый, например,

0 1 2 3 4 5 6 X

0 1 2 3 4 5 6 X

Рис. 3. Томограммы температуры для различных значений числа Ке:

А, =0,5; М. =5,3; Т„0 = 0,5

по профилям газодинамических переменных в выходном сечении «горла»

А*

Ф = Щг- = | Р«Фі 0 0

(Уі = У + hg -1, Н0о — высота струйки воздуха в невозмущенном потоке) будет меньше единицы; в рамках уравнений Эйлера на расчетном режиме он строго равен единице. Изменение коэффициента расхода ср в зависимости от числа Не показано на рис. 4; согласно расчетам эта зависимость по числу Не является монотонно возрастающей функцией

и асимптотически выходит на значение, соответствующее течению идеального газа.

При наименьшем числе Яе коэффициент расхода почти вдвое меньше расчетного значения; при этом в выходном сечении канала «горла» наблюдается стабилизированное течение (рис. 5): давление постоянно в поперечном сечении, а профиль скорости — параболический с максимальной скоростью, соответствующей числу Мщах *1,2, так что средняя скорость потока дозвуковая; при числах Кео0<Кео0ПцП максимальная скорость становится дозвуковой, и с этим связано отсутствие стационарного решения уравнений Навье — Стокса.

С увеличением числа Ее коэффициент расхода возрастает, а в выходном сечении канала «горла» стабилизации течения уже нет: давление сильно изменяется в поперечном сечении, профиль скорости все сильнее отличается от параболического, максимальное число М возрастает и на оси канала появляется «ядро» квазиневязкого течения. При максимальном числе Яе профили газодинамических переменных очень близки к соответствующим профилям в потоке идеального газа.

При числах Не*, « пограничные слои очень толсты, влия-

ние сил внутреннего трения существенно во всем поле течения и контуры взаимодействующих скачков уплотнения едва намечены; при этом происходит смыкание тираничных слоев на верхней и нижней поверхностях тракта воздухозаборника. С ростом числа Е.е пограничные слои утончаются, появляются области квазиневязкого течения, более определенно выделяются скачки уплотнения и общая структура поля течения приближается к той, которая имеет место в невязком потоке в рамках уравнений Эйлера.

Скачок уплотнения, возникающий при обтекании передней кромки обечайки, попадает в «горло» и, взаимодействуя с пограничным слоем, обусловливает формирование обширной зоны отрывного течения на нижней поверхности; при этом от точки падения скачка уплотнения возмущения распространяются далеко вверх по потоку и проникают за угловую точку центрального тела, так что точка отрыва располагается на поверхности клина. Скачок уплотнения, образующийся за этой отрывной зоной, попадает на верхнюю поверхность и вызывает на ней образование замкнутой отрывной зоны. В этом случае также наблюдается заметное распространение возмущений вверх по потоку.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

1,00

Рис. 4. Коэффициент расхода <р в зависимости от числа Ее:

= 0,5; М„ = 5,3; Гж0 = 0,5;

-м- вязкий газ; — идеальный газ

в выходном сечении канала: _

й„ = 0,5; М„=5,3; Г„0 = 0,5; 1 - 11е„ = ГраНИЦЫ ОТрЫВНЫХ ЗОН

, , , и их тонкая структура оцени-

= ю ; 2 — Ие„ = з х ю ; з — Яем =10 ; + — вались по профилям газоди-

Ке„, =10* ; 5— Кел =106; 6 — идеальный газ намических переменных И

! распределениям местного на-

пряжения трения. Характеристики отрывных зон показаны на рис. 6, іде х, и хл — положение точек отрыва и присоединения потока соответственно, А3 = х% - хл — длина отрывной зоны. Согласно расчетам в исследованном диапазоне чисел Ые образуется по одной замкнутой отрывной зоне на каждой из обтекаемых поверхностей. При этом в обширной отрывной зоне на нижней поверхности по мере увеличения числа Ке создаются предпосылки для вторичного отрыва и присоединения потока, что и наблюдается при числах Кете »105. При числах Ііе*, £ 5 х 105 отрывная зона вновь имеет простую структуру.

На нижней поверхности при числах < 5 х 103 точка отрыва х5 располагается на клиновидной поверхности (режим частичного запуска согласно [1]) и с ростом числа Ке перемещается немонотонным образок — сначала вверх, а затем вниз по потоку; при этом длина Д5 отрывной области непрерывно возрастает. При числах Ле^ £ 5 х 103 от-

рыв потока имеет место в «горле* за угловой точкой центрального тела (режим полного запуска согласно [1]), которая обтекается безотрывно; по мере увеличения числа Не точка отрыва монотонно смещается вниз по потоку и приближается к точке хге(- отражения скачка уплотнения от нижней поверхности в эйлеровском решении (согласно расчетам хгег = 4,78). При этом длина отрывной зоны ведет себя немонотонным образом: сначала она возрастает, затем, по-видимому, скачкообразно сокращается (при Яе„ « 104) и при последующем увеличении числа Яе монотонно уменьшается с четко выраженной тенденцией стремления к нулю при Яе -» оо.

Иные тенденции проявляются на верхней поверхности, где отрывная зона образуется в канале «горла». Точка отрыва с ростом числа Яе смещается вниз по потоку, и при достаточно больших числах Яе^^Ю5 практически наступает стабилизация ее положения около точки хя * 6,3, которая расположена вверх по потоку от точки отражения скачка уплотнения (хгеГ =6,6) в потоке идеального газа. Зависимость Дв = Д5(Ке00) имеет немонотонный характер с локальным максимумом при Яе*, » 104; при больших числах Яе можно говорить о выходе Д, на постоянное значение (Д4 = 0,42).

Такое поведение отрывных зон связано прежде всего с изменением режима распространения возмущений вверх по потоку. При малых числах Ке реализуется докритический режим, когда течение в пограничном слое в среднем дозвуковое и возмущения могут распространяться вверх по потоку от их источника на расстояния порядка характерного линейного размера. С увеличением числа Ке происходит постепенный переход к закритическому режиму, когда течение в среднем по толщине пограничного слоя является сверхзвуковым и распространение возмущений вверх по потоку ограничено малой окрестностью вблизи их источника (порядка нескольких толщин пограничного слоя) [11].

Рассмотренное выше поведение геометрических характеристик отрывных зон в зависимости от числа Яе (см. рис. 6) указывает на следующие особенности.

Прежде всего, в окрестности числа Яе» » 5 х 103 происходит изменение структуры поля течения, связанное с положением точки отрыва потока на нижней поверхности: при < 5 х 103 она располагается на поверхности клина (режим частичного запуска), при Яе*, > 6,5 х 103 — в канале за угловой точкой центрального тела (режим полного запуска). Это обусловливает изменение характера распределения местных характеристик на обтекаемых поверхностях. Кроме того, в окрестности Яе*, «104 проявляются некоторые признаки разрыва геометрических характеристик отрывных зон и, следовательно, возможно явление гистерезиса. Однако эти особенности поведения наблюдаются в очень узком интервале числа Яе и для их установления необходимы дополнительные численные исследования.

Вторая особенность имеет место при больших числах Ке: на нижней поверхности точка отрыва монотонно смещается вниз по потоку, а длина отрывной зоны монотонно уменьшается по мере увеличения числа Ле. На верхней поверхности при больших числах Ле практически имеет место . стабилизация положения точки отрыва и длины отрывной зоны. Это обстоятельство указывает, по-видимому, на то, что в предельном случае Не* -> оо решение уравнений Навье — Стокса соответствует безотрывному обтеканию нижней поверхности и отрывному обтеканию верхней поверхности (образование замкнутой отрывной зоны перед точкой отражения скачка уплотнения) и, следовательно, предельная структура вязкого течения не согласуется со структурой идеального течения в рамках уравнений Эйлера. Для подтверждения этого вывода необходимы дополнительные расчетные исследования.

4. Поведение местных характеристик: коэффициента давления

ср =(р - /’ао)/(о,5р00К^), коэффициента сопротивления трения с/ =туг/{й,5раУ^) и относительного теплового потока

9;/(0,5р „Г^3), где — местный тепловой поток, определяемый

согласно закону Фурье, вдоль обтекаемых поверхностей отражает сложную структуру поля течения и является сильно немонотонным (см. рис. 7—9). На рис. 8 и 9 результаты расчетов представлены в виде зависимостей величин с0 = ^ЕЇе~~ и = д-^ д/лё^ от продольной координаты; в рамках теории пограничного слоя первого приближения эти величины не зависят от числа Ле, поэтому их, поведение показывает в чистом виде влияние числа Ле на местные характеристики.

На нижней поверхности (рис. 7,а) на носовой части клина в области безотрывного течения, которая увеличивается с ростом числа Ле,

Рис. 7. Распределение коэффициента давления по обтекаемым поверхностям: й4 = 0,5; МЛ = 5,3; Тш0 = 0,5; а — нижняя поверхность; б — верхняя поверхность; 1 — Ле,* = 103; 2 - ЪШ" = 3 х 103; 3 - Не,. = 104; 4 — Не,, = 3 х 104; 5 --йе., = 10б; б — идеальный газ

Рис. 8. Распределение коэффициента сопротивления трения по обтекаемым поверхностям: йг = 0,5; М„ = 5,3; Г,,0=0,5; а — нижняя поверхность; б — верхняя по-верхносгь; 1 — Яе^ = 103; 2 —

Ке« = 5 х 103; 3 - Кеи = 104; 4 — Яе„ = 105; 5 — Яе„ =106

Рис. 9. Распределение относительного теплового потока по обтекаемым поверхностям:

= 0,5; М. =5,3; Т„0 =0,5; а -нижняя поверхность; б — верхняя по-

верхность;

Не. = 10 ; 2

Ке„ = 5 х 103; 3 - Яе„ = 104; 4 Яе^ =105;-5-Не. =Ю6

коэффициент давления в продольном направлении слабо уменьшается (если не говорить о малой окрестности острой кромки, в которой давление в рамках уравнений Навье — Стокса при выполнении условия прилипания принимает неограниченно большие значения). С ростом числа Яе уровень давления уменьшается и приближается к постоянному значению, которое почти совпадает с эйлеровским решением. При подходе к области отрыва давление либо возрастает, если точка отрыва располагается на клине, либо резко понижается, если точка отрыва находится позади угловой точки центрального тела, а затем также возрастает с формированием характерного «плато» в области отрывного течения (повышение давления связано с дополнительным торможением потока из-за увеличения толщины пограничного слоя). За «плато» наблюдается максимум давления, который располагается вниз по потоку от точки присоединения.

На верхней поверхности в целом уровень давления выше, чем на нижней, и с увеличением числа Ле на ней формируются два локальных максимума давления: один — вблизи передней кромки обечайки и связан с формированием обечаечного скачка уплотнения, второй — вблизи выходного сечения канала в области отражения косого скачка уплотнения.

Распределение теплового потока (рис. 9), как и распределение напряжения трения (рис. 8), в целом отслеживает поведение давления и носит наиболее спокойный характер изменения по сравнению с другими характеристиками. Положение максимумов величин с0 и близко, но не совпадает с положением максимума коэффициента давления.

На клиновидной поверхности в области безотрывного течения величины с0 и д° практически не зависят от числа Яе и ложатся на единую зависимость. В этом есть сходство с решением задачи в рамках уравнений пограничного слоя; расчеты также подтверждают известный результат, что, как и для пограничного слоя, величины с0 и д° пропорциональны х~У2 (за исключением малой окрестности острой вершины из-за недостаточной точности разностной аппроксимации). Расслоение кривых и зависимость от числа Яе проявляются при подходе к точке отрыва либо к угловой точке центрального тела и далее вниз по потоку. Отличие от пограничного слоя состоит в том, что при больших числах Ле численное решение на основе уравнений Навье — Стокса имеет колебательный характер по продольной координате. Это становится особенно наглядным, если построить величины с°4х и 4°-/х в зависимости от продольной координаты: длина волны и амплитуда возмущения возрастают по мере увеличения числа Ке. Это связано, по-видимому, с потерей устойчивости ламинарного течения; в пользу этого говорит тот факт, что для получения стационарного решения при больших числах Яе необходимо снижать точность сходимости итерационной процедуры при численном анализе сеточных уравнений (при числе = 106 она равнялась 10_3).

При относительно больших числах Ке, когда точка отрыва располагается в канале «горла», при безотрывном обтекании угловой точки зависимости с0 и д° имеют в ней локальный Максимум. Этот результат согласуется с экспериментом и расчетами в рамках теории пограничного слоя [12].

Настоящая работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (код проекта № 95-01-01129а).

ЛИТЕРАТУРА

1. Гурылев В. Г., Иванюшкин А. К., Пиотрович Е. В.

Экспериментальное исследование влияния числа Вех на запуск воздухозаборников при больших сверхзвуковых скоростях потока // Ученые записки

ЦАГИ. - 1973. Т. 4, № 1.

2. Б р а ж к о В. Н., Шккрии Н. Н. Теплообмен на конусах с изо-энтропической поверхностью сжатия // Ученые записки ЦАГИ. — 1986. Т. 17, № 2.

3. Егоров И. В., Иванов Д. В. Применение полностью неявных монотонных схем для моделирования плоских внутренних течений // Ж. вычислит. матем. и матем. физ. — 1996. Т. 36, № 12.

4. Башкин В. А., Егоров И. В., Иванов Д. В. Применение

метода Ньютона к расчету внутренних сверхзвуковых отрывных течений // ПМТФ. - 1997. Т. 38, № 1. .

5. Е го р о в И. В., 3 а й ц е в О. Л. Об одном подходе к численному решению двумерных уравнений Навье — Стокса методом сквозного счета // Ж. вычислит, матем. и матем. физ. — 1991. Т. 31, № 2.

6. Б а ш к и н В. А., Е г о р о в И. В., И в а н о в Д. В. Расчет сверх-

звукового течения совершенного газа в гиперзвуковом воздухозаборнике // Изв. РАН, МЖГ. - 1996, № 5.

7. R о е P. L. Approximate Riemann solver, parameter vectors and

difference scheme // J. Comput Phys. — 1981. V. 43. \ f

8. К a p и м о в Т. X. О некоторых итерационных методах решения нелинейных уравнений в гильбертовом пространстве // ДАН СССР. — 1983. Т. 269, №5.

9. Lipton К }., Rose D. J., Tarjan R. Е. Generalized nested

dissection // SIAM J. Numer. Analys. — 1979. V. 16, N 2.

10. Сб.: Материалы к расчету сопротивления трения и теплопередачи различных тел при гиперзвуковых скоростях потока // Труды ЦАГИ. — 1964. Вып. 973.

11. Нейланд В. Я. Асимптотическая теория отрыва и взаимодействия пограничного слоя со сверхзвуковым потоком газа // Успехи механики. — 1981. Т. 4, вып. 2.

12. Б а ш к и н В. А., К о л и н а Н. П., Юшин А. Я. Исследование теплообмена на поверхности двухступенчатого клина в сверхзвуковом потоке // Изв. АН СССР, МЖГ. - 1973, N° 5.

Рукопись поступила 2/VTII1995

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.