Донное давление конуса в гиперзвуковом потоке в присутствии цилиндрического тела в следе за ним Текст научной статьи по специальности «Физика»

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ

Том XXV 1994 М1-2

УДК 532.526.048.3.011.55

ДОННОЕ ДАВЛЕНИЕ КОНУСА В ГИПЕРЗВУКОВОМ ПОТОКЕ В ПРИСУТСТВИИ ЦИЛИНДРИЧЕСКОГО ТЕЛА В СЛЕДЕ ЗА НИМ

В. Г. Артонкин

Проведено измерение давления на донной поверхности конуса с

полууглом при вершине 0 = 10° в присутствии цилиндрического тела в ближнем следе при уте атаки а = 0. Показано, что наличие цилиндрического тела в ближнем следе за конусом приводит к увеличению донного давления, при этом с увеличением диаметра цилиндрического тела донное давление линейно возрастает. Экспериментально установлено, что при длине цилиндрического тепа, превышающей диаметр основания конуса, изменение этой длины не оказывает влияния на донное давление. Исследования проведены в гелиевой аэродинамической трубе ЦАГИ ГТ-1 в

диапазоне чисел Ми = 11+27 и чисел Рейнольдса Яе^ = (0,326 + 1,75) • 10® (значения чисел Рейнольдса вычислены по параметрам набегающего потока и длине (высоте) конуса X = 85 мм).

Известно, что наличие цилиндрического тела в ближнем следе за конусом оказывает существенное влияние на его донное давление. Это влияние зависит не только от системы подвески модели конуса в аэродинамической трубе, числа М^, угла атаки, геометрических параметров конуса и цилиндрического тела, но и от режима течения в пограничном слое на поверхности модели. Так, в работах [1, 2] было установлено, что при турбулентном режиме течения в пограничном слое на поверхности модели наличие в ближнем следе цилиндрического тела приводит к уменьшению донного давления модели. Однако данные о влиянии цилиндрического тела, расположенного в ближнем следе, на донное давление модели при ламинарном режиме течения почти отсутствуют.

Проведенные экспериментальные исследования позволили получить такие данные. Эти исследования проводились на боковой профилированной державке с относительными размерами, равными //I) = 0,2 и Ь/И = 0,5 (где / — толщина державки, Ь — ее ширина, а И — диаметр основания конуса). Внутри боковой державки было

сделано отверстие для измерения донного давления диаметром 3 мм. На донной поверхности конуса было выполнено приемное отверстие диаметром 0,8 мм на расстоянии г = г/Л = 0,667 от оси конуса. Приемное отверстие располагалось по другую сторону от оси симметрии конуса, не занятой боковой державкой. В центре донной поверхности конуса устанавливались цилиндрические тела различной длины и диаметра. Для измерения давления использовались малогабаритные индуктивные датчики ДМИ.

Эксперименты проводились при угле атаки а = 0 на коническом сопле с полууглом раствора 6°. Числа М*, в рабочей части аэродинамической трубы изменялись от 11,15 до 26,7 (путем установки вставок с различным диаметром критического сечения). Значения чисел Мда взяты в вершине конуса. Рабочим газом служил гелий. Схема установки модели конуса в аэродинамической трубе ГТ-1 приведена на рис. 1.

Результаты экспериментов показали, что наличие цилиндрического тела в ближнем следе за конусом приводит к увеличению давления на донной поверхности конуса, при этом с увеличением диаметра цилиндрического тела донное давление линейно возрастает. Так, с увеличением относительного диаметра цилиндрического тела от й/0 = 0 до 0,6 при постоянной длине, равной і = 3,33/), донное давление конуса при числе М*, = 21,05 возросло в 1,75 раза. Возрастание донного давления с увеличением относительного диаметра цилиндрического тела наблюдается и при других числах Мге (см. рис. 2). Такое возрастание донного давления конуса происходит из-за того, что наличие цилиндрического тела в ближнем следе за конусом уменьшает интенсивность смешения газа в ближней части следа (в предположении, что пограничный слой, сходящий с поверхности конуса, является ламинарным). В работе [3] было установлено, что при числе Ми = 20 гелиевого потока и числах Ле^ < 4,0 • ДО6 течение в пограничном слое на поверхности конуса с полууглом при вершине 10° ламинарное.

Рис. 1. Схема установки модели конуса в аэродинамической трубе ЦАГИ ГТ-1

Рис. 2. Изменение величины Рх/Рп в зависимости от относительного диаметра цилиндрического тела (*//!>) при различных числах Мж и

Рис. 3. Изменение величины /’д/а» в зависимости от относительной длины цилиндрического тела ЦИ при различных числах М.*,

На рис. 3 приведены величины донного давления ра/р„ в зависимости от относительной длины цилиндрического тела £/2) для двух диаметров (й?/2) = 0,2 и 0,5). Можно видеть, что с увеличением относительной длины цилиндрического тела до 1/£»1,0 давление на донной поверхности конуса возрастает. Выполнение цилиндрического тела с длиной, превосходящей диаметр основания конуса (^/2) >1,0), уже не оказывает влияния на величину донного давления конуса, поскольку при относительной длине ЦЪ >1,0 цилиндрическое тело выходит из горла аэродинамического следа. С уменьшением чисел Рейнольдса величина донного давления конуса возрастает, что было также отмечено в работе [4].

Донное давление конуса, измеренное на боковой державке без цилиндрического тела, в сильной степени зависит от чисел М*, и Яе. Поскольку число М изменялось с изменением числа Яе (с изменением давления в форкамере), то полученные результаты измерений можно привести к наиболее удобному виду, используя параметр М2/^Яе^. Величина донного давления конуса линейно возрастает с увеличением этого параметра и приближенно может быть выражена эмпирической формулой (см. рис. 4).

А/*. *

2,0

1,0

о М^-11,2,Яе1 -10 *0,326+1,23 . 16,4; 0,Ч91+0?1

17,2; 1,14*1,75

* -21,05-, 1,35

— расчет по формуле (1)

V я Моо

^-°’09+3’3уЩ

0,2

ол

Рис. 4. Изменение величины донного давления конуса рд/рх в зависимости от

параметра М^Д/Яе^

£=-°-09+3-3;|г (1)

Как показывают оценки, точность формулы (1) находится в пределах погрешности измерения донного давления, которая в данных испытаниях составляла ±7 %.

ЛИТЕРАТУРА

1. Поуп А., Гоин К. Аэродинамические трубы больших скорос-тей.-М: Мир, 1968.

2. Бондаренко Р. М., Акентьева Т. П. Экспериментальное исследование влияния державки на донное давление за телом вращения при сверхзвуковых скоростях // Труды ЦАГИ.—1978. Вып. 1908.

3. Maddalon D. V., Henderson A. Jr. Boundary layer transition at hypersonic Mach numbers // AIAA Paper.—1967. N 130.

4. Артонкин В. Г. Донное давление за конусом при гиперзвуковых скоростях // Ученые записки ЦАГИ.—1972. Т. 3, Ms 5.

Рукопись поступила 30/XII1992 г.