Донное давление за конусом при гиперзвуковых скоростях Текст научной статьи по специальности «Физика»

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ Ц А Г И

Т о м III 197 2 М 5

УДК 533.69.013.12:629.7.024.8

ДОННОЕ ДАВЛЕНИЕ ЗА КОНУСОМ ПРИ ГИПЕРЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ

В. Г. Артонкин

Приведены результаты экспериментального исследования донного давления за конусом с полууглом при вершине 10°. Показано, что при нулевом угле атаки давление значительно изменяется по донной поверхности конуса. Результаты испытаний при различных комбинациях чисел и Не можно привести к наиболее удобному

виду, используя параметр М^/уКе. Донное давление линейно возрастает с увеличением этого параметра. Даны приближенные эмпирические формулы для расчета донного давления за конусом при гиперзвуковых скоростях в гелиевом потоке. Полученные результаты сравнены с результатами исследований других авторов.

Определение донного давления тел, летящих с гиперзвуковыми скоростями, имеет большое практическое значение, так как оно оказывает влияние на их суммарное сопротивление и формирование ближней части аэродинамического следа, а также в известной степени обусловливает правильную работу различных устройств летательных аппаратов. Поэтому интерес к задаче определения

донного давления при гиперзвуковых скоростях за последнее время значительно возрос. Получено большое количество экспериментальных данных при числах Мол-<5, на основании которых предложено несколько полуэмпирических теорий. Однако для чисел экспериментальных данных о донном давлении

пока еще недостаточно.

Проведенное экспериментальное исследование позволило получить величины донного давления за конусом при гиперзвуковых скоростях, оценить возможность измерения низких давлений, определить влияние на донное давление

чисел М и Ие. Исследования донного давления проводились на модели острого кругового конуса с полууглом при вершине 0=10°, установленной на хвостовой цилиндрической державке с относительным диаметром, равным й/£> = 0,2, при

угле атаки а ж 0. Общий вид установки модели конуса в гиперзвуковой гелиевой трубе показан на фиг. 1. В испытаниях использовалось коническое сопло с полууглом 6°. Числа М^, в рабочей части изменялись от 10,5 до 26,7 (путем установки вставок с различным диаметром критического сечения), а числа Ие, подсчитанные по длине (высоте) конуса, — от 0,16-10« до 4,0-108. Значение чисел Мот взято для каждой модели в вершине конуса. Результаты настоящих экспериментов соответствуют области течения на границе сплошной среды и течения со скольжением, так как параметр Мсо/^Ие, характеризующий разреженность газа, изменялся от 0,0083 до 0,046. Для измерения донного давления во всех испытаниях использовались малогабаритные индуктивные датчики.

Результаты экспериментов показали, что распределение давления по поверхности донной части приближенно имеет параболическую форму, при этом давление на оси конуса примерно в 3 раза больше, чем давление у его края. Поэтому необходимо проводить осреднение донного давления по площади. Средние по площади значения донного давления рл ср находились как

1

/,д.ср= |рд^2. (1)

о

где г = г/Я, /? — радиус донного сечения конуса. Оказалось, что распределение давления по донной части рю отнесенное к рж ср, при всех рассмотренных числах Мю и Ие имеет примерно универсальный характер (фиг. 2). Эта универсальная зависимость может быть приближенно аппроксимирована простой эмпирической формулой

-£:гт-тШ- <2>

Значение среднего по площади донного давления рА ср конуса сильно зависит от чисел и Ие, а так как число изменялось с изменением числа Ие (с изменением давления в форкамере), то полученные результаты измерений можно привести к наиболее удобному виду, используя параметр (фиг. 3). 00

Значение среднего по площади донного давления линейно возрастает с увеличением этого параметра и приближенно может быть выражено эмпирической формулой

Рл• СР = — 0,09 + 2,82 —00 .. (3)

Рсо 1/~Йё

Как показывают оценки, точность формул (2) и (3) находится в пределах точности эксперимента.

Обнаруженная линейность зависимости осредненного коэффициента донного давления рА ср/poo от параметра M^/yRe и универсальный характер распределения давления по донной поверхности при различных комбинациях чисел Мй, Re имеют место, по-видимому, когда течение в пограничном слое и ближней части аэродинамического следа будет полностью ламинарным. Так, в работе [1] было установлено, что при числе Мдд = 20 гелиевого потока и числах Re <; 4-10е течение в пограничном слое на поверхности конуса с полууглом 10° ламинарное.

На фиг. 4 результаты эксперимента сравнены со значениями коэффициента донного давления (давление измерено в одной точке в центре донной поверхности) модели аналогичного конуса, полученными при испытаниях в свободном полете в воздушной среде [2]. Видно, что результаты настоящих исследований, проведенных на хвостовой державке, качественно согласуются с результатами исследований, полученных в свободном полете. Необходимо отметить, что наличие в донной области хвостовой державки, безусловно, оказывает влияние на донное давление конуса, но это влияние находится в пределах погрешности измерения, которая в данных испытаниях составляла +7%.

ЛИТЕРАТУРА

1. Maddalon D. V. and. Henderson А. 1г. Boundary layer transition at hypersonic Mach numbers. AIAA Paper, 67-130, 1967.

2. Cassanto J. М., Rasmussen N. S and Coats J. D. Correlation of free-flight base pressure data for M—4 to M—19. AIAA J.,

1969, No 6.

Рукопись поступила 29jIX 1971 г.