CC BY
5
Известия ТулГУ. Технические науки. 2022. Вып. 12
Soloviev Ilya Mikhailovich, postgraduate, Russia, St. Petersburg, Military Space Academy named after A.F. Mozhaisky
УДК 62.5
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-186-189
ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ВЫДУВАЕМЫХ СТРУЙ АРГОНА С НАБЕГАЮЩИМ ВЫСОКОСКОРОСТНЫМ ПОТОКОМ
А.В. Шевченко, А.А. Сназин, В.И. Шевченко
Проведены экспериментальные исследования взаимодействия выдуваемых струй аргона из тела с набегающим высокоскоростным потоком. Определены газодинамические параметры набегающего потока вблизи конической поверхности при различной интенсивности выдуваемой газовой струи, из носовой и боковой части. Представлены фотографии фаз ударно-волнового взаимодействия набегающего потока с выдуваемой струей. Исследования проведены с помощью импульсной аэродинамической трубы ИТ-1М.
Ключевые слова: высокоскоростной поток, выдув газа, скачок уплотнения, аэродинамическая
труба.
1. Введение. Перспективным направлением совершенствования аэродинамических характеристик различных тел в широком диапазоне скоростей, особенно при существенных ограничениях на форму элементов конструкции, является управление обтеканием и движением - целенаправленным воздействием на воздушный поток в соответствии с требуемым изменением аэродинамических характеристик и других параметров обтекания. По характеру воздействия на поток одним из наиболее эффективных способов является газодинамический, который реализуется в струйных органах управления (особенностью применения которых обусловлено наличием рабочего тела - газовых струй, вдуваемого из модели в высокоскоростной поток) [1,2].
Взаимодействие выдуваемых струй с набегающим потоком приводит к образованию перед ними скачка уплотнения, не приводящего к росту лобового сопротивления, и позволяет создавать управляющие моменты при движении, а также изменять статическую устойчивость модели [3]. Проведение натурных экспериментов играет большую роль в научных исследованиях, так как они являются эффективным средством верификации применяемых математических моделей и результатов расчетов. В статье приведены результаты экспериментальных исследований взаимодействия выдуваемых струй аргона с набегающим высокоскоростным потоком с использованием импульсной аэродинамической трубы ИТ-1М. Особенностью данной трубы является получение высокоскоростного потока за счет детонации газа в разрядной камере с последующим его расширением в сопле перед рабочей частью с исследуемой моделью.
2. Результаты экспериментальных исследований. В статье представлены экспериментальные исследования по определению газодинамических параметров высокоскоростного потока (M„=17) вблизи тела при различных параметрах (давлении (pj), температуре (Tj), числе Маха (Mj)) и положении (ф=00 и 800) выдуваемой газовой струи аргона из модели в набегающий поток.
В качестве объекта исследования (модели) выбрана затупленная коническая поверхность c удлинением l/d=2, полууглом при вершине конической части 9 = 12о. По образующей модели на расстоянии от носка модели l/x =0, 0.3 расположены отверстия, из которых истекает струя газа. Диаметр отверстий 2*10-3 м (рис. 1).
На аэродинамической трубе ИТ-1М (рис. 2 и 3) проведена серия экспериментов при Мм=17 и pM=200 Па. Особенностью аэродинамической трубы является возможность получать экспериментальные данные квазистационарных процессов на временном интервале до 40 мс. Рабочий газ - азот (особой чистоты, 1-й сорт). Исследуемая модель тела произведена из ABS пластика с использованием аддитивных технологий 3D-печати, рабочий газ, выдуваемый во встречный поток - аргон.
Для регистрации процесса обтекания в оптическом диапазоне применяется шлирен-теневой прибор ИАБ-451 со светодиодным осветителем (длина волны 535 нм) и цифровая фотокамера SONY RX100M4 (скорость записи процесса - 1000 кадров/с, разрешение кадра - 1244*420 пикселей). Шлирен-теневая картина обтекания модели тела без выдува аргона представлена на рис. 4.
Фрагменты ударно-волнового взаимодействия, возникающего при обтекании модели с выдуваемым газом из носовой части в квазистационарном режиме представлены на рис. 5. Значения параметров набегающего потока следующие: pM = 200 Па, Мм = 17, Tj =293 К, Mj = 1. Давление аргона pj варьировалось в пределах от 101,3* 102 до 506,6*103 Па. Снимки выполнены для всех случаев в момент времени т= 32 мс. Под действием струи газа отход головной ударной волны увеличивается по сравнению с невозмущенным обтеканием. Обтекание носовой части модели подобно течению, возникающему на телах с передней срывной зоной [4].
Условия Направления
на входе выдува
Рис. 2. Фотографии: а - аэродинамическая труба ИТ-1М; б - система подачи газообразного аргона в модель
камере; 2 - вакуумметр теплоэлектрический блокировочный; 3 - вакуумный датчик давления; 4 - вакуумный насос; 5 - вакуумная емкость; 6 - клапан; 7 - пневмоклапан; 8 - разрывная мембрана; 9 - рабочая часть; 10 - разрядная камера; 11 - сопло; 12 - шлирен-теневой прибор
Рис. 4. Шлирен-теневая картина обтекания модели тела (Мт=17, т= 30 мс).
ж з
Рис. 5. Шлирен-теневые картины обтекания модели тела (М^=17) со струей аргона, истекающим из его носка (ф=00, т= 32 мс): а -р]=0 Па; б -р]=101,3*102 Па; в -р]=253,3*102 Па; г -р]=506,6*102 Па; д -р]=101,3*103 Па; е -р]=202,6*103 Па; ж -р]=253,3*103 Па;
з-р==506,6*1033 Па 187
Известия ТулГУ. Технические науки. 2G22. Вып. 12
В отличие от эксперимента без выдуваемой газовой струи (рис. 4), истечение газообразного аргона, изменяет ударно-волновую структуру перед моделью (рис. 5б-з). При этом ударный слой охлаждается, а обтекание области газа, примыкающей к носовой части, приводит к увеличению отхода головной ударной волны. Сильная оптическая неоднородность, обусловленная большим коэффициентом преломления света в аргоне, создает эффект эрозии носка модели. Видна сложная структура ударных волн, причиной возникновения которых является торможение, разворот и растекание струи аргона под воздействием набегающего потока за головной ударной волной модели, положение которой нестационарное.
Иллюстрация эволюции ударно-волнового взаимодействия набегающего потока с выдуваемой струей аргона из носка модели во время одного пуска трубы ИТ-1М представлена на рис. 6.
а б в г д г
Рис. 6. Эволюции ударно-волнового взаимодействия набегающего потока с выдуваемой струей аргона из носка модели (а-г) во время одного пуска трубы ИТ-1М (т=50 мс)
Фрагменты ударно-волнового взаимодействия, возникающего при обтекании модели с вы-дувом из боковой части в квазистационарном режиме представлены на рис. 7. Параметры выдуваемых струй аргона на боковой поверхности следующие: давление Pj = 253,3*103 и Pj = 506,6*103 Па, Т = 293К, МJ = 1. Снимки выполнены для случаев в момент времени т= 30 мс. Структура течения идентична с вариантом выдуваемого газа из носка модели (рис. 5). Пограничный слой на конической поверхности перед струей отрывается. Набегающий поток азота прижимает струю аргона к конической поверхности.
а б
Рис. 7. Шлирен-теневые картины обтекания модели тела (М^=17) с газовой струей аргона,
на боковой поверхности (ф=800, т= 30 мс): а - p¡=253,3*-103 Па; б - pj=506,6*103 Па
3. Заключение. Проведены экспериментальные исследования взаимодействия выдуваемых струй аргона с набегающим высокоскоростным потоком получены с помощью аэродинамической трубы ИТ-1М. Представленные шлирен-теневые картины показывают характер взаимодействия выдуваемых струй аргона с набегающим потоком. Истечение газообразного аргона, изменяет ударно-волновую структуру перед моделью. Видна сложная структура ударных волн, причиной возникновения которых является торможение, разворот и растекание струи аргона под воздействием набегающего потока за головной ударной волной модели, положение которой нестационарное.
Оптические картины, полученные при проведении серии экспериментов отображают сложную ударно-волновую структуру течения вблизи выдуваемых струй аргона. Данные картины обтекания моделей с выдувом из носка и боковой поверхности модели применяются при верификации ударно-волновых процессов, полученных расчетным путем.
Список литературы
1. Shevchenko A.V. et al 2020 J. Phys.: Conf. Ser., 1135 012039.
2. Raymond Brun. Shock Tubes and Shock Tunnels: Design and Experiments // RTO-EN-AVT-162 lecture series at the von Karman Institute, 2009. 26 p.
3. Звегинцев В.И. Газодинамические установки кратковременного действия. Часть 1. Установки для научных исследований. Новосибирск: Параллель, 2014. 551 с.
4. Райзер Ю.П. Введение в гидрогазодинамику и теорию ударных волн для физиков, \"Интеллект\", 2011. 431 с.
5. Menter F.R., Galpin P.F., Esch T., Kuntz M., Berner C. CFD Simulations of Aerodynamic Folws with a Pressure-Based Method // Paper ICAS 2004-2.4.1, Japan, Yokohoma, 2004. 11 p.
6. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Расчет сверхзвуковых турбулентных течений. Институт Проблем механики РАН, Препринт № 793 2006. 36 с.
7. Liou M.S., Steffen C.J. Jr., A New Flux Splitting Scheme // Journal of Computational Physics, 1993. Vol. 107. P. 23-39.
Шевченко Артем Васильевич, канд. техн. наук, начальник отдела, artnetru@yandex.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия им. А. Ф. Можайского,
Сназин Александр Андреевич, канд. техн. наук., старший научный сотрудник, alexsnzn@smail.com, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия им. А.Ф. Можайского,
Шевченко Василий Иванович, младший научный сотрудник, artnetru@yandex.ru, Россия, Санкт-Петербург, Военно-космическая академия им. А. Ф. Можайского
EXPERIMENTAL RESEARCHING OF ARGON JETS INTERACTION WITH A HIGH-SPEED FLOW
A.V. Shevchenko, A.A. Snazin, V.I. Shevchenko
Experimental researching of the interaction blown argon jets from the body with a high-speed flow have been carried out. The gas dynamic parameters of the high-speed flow near the conical surface at different intensity blowing gas jet from the bow and the side part of model have been determined. Photographs of the phases shock-wave interaction of high-speed flow with blowing jet are presented. The researching was carried out using by IT-1M pulsed wind tunnel.
Key words: high-speed flow, gas blowing, shock-wave, wind tunnel.
Shevchenko Artem Vasilevich, candidate of technical science, head of department, art-netru@yandex.ru, Russia, St. Petersburg, Mozhaisky Military Space Academy,
Snazin Aleksandr Andreevich, candidate of technical science, senior researcher, alexsnzn@gmail.com, Russia, St. Petersburg, Mozhaisky Military Space Academy,
Shevchenko Vasiliy Ivanovich, junior researcher, artnetru@yandex. ru, Russia, St. Petersburg, Mozhaisky Military Space Academy
УДК 621.396.96
DOI: 10.24412/2071-6168-2022-12-189-193
ОПТИМАЛЬНАЯ СТАТИСТИКА ОБНАРУЖЕНИЯ-ОЦЕНИВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ
ГРУППОВОЙ ЦЕЛИ
С.А. Курбатский, В.Л. Румянцев, А.Н. Карпов, И.А. Ростовцев
Представлена статистическая модель пространственно-распределённой групповой цели в объеме разрешения. Определена статистика обнаружения, представляющая собой взвешенную сумму статистик оценивания групповой цели с заданным числом элементов. Проведено исследование основных свойств оптимального алгоритма оценивания групповых параметров пространственно-распределённой цели.
Ключевые слова: пространственно-распределённая цель, статистика обнаружения, разрешаемый объем.
В большинстве случаев результаты радиолокационных наблюдений представляются в виде двумерных изображений. Основной задачей анализа таких изображений является определение числа и местоположения (координат) отдельных элементов, имеющих повышенные по сравнению с шумом энергетические характеристики. В [1, 2] предложен ряд универсальных процедур, решающих задачи обнаружения и оценивания сложных многоцелевых образований.
На практике нашли применение квазиоптимальные алгоритмы, асимптотически эквивалентные оптимальному алгоритму при граничных значениях параметров, например, при малых или очень больших отношениях сигнал/шум. В работе [3] синтезирован и исследован оптимальный алгоритм обнаружения групповой цели, состоящей из одинаковых по отражательной способности элементов, предложена эффективная вычислительная схема («приведённая схема») его реализации и представлены результаты анализа при известных параметрах - виде распределения и отношении сигнал/шум.
Целью настоящей работы является анализ оптимального алгоритма оценивания параметров групповой цели при неизвестном отношении сигнал/шум и виде распределения амплитуд принимаемых сигналов.
Пусть имеется некоторая априорная информация о том, с какой вероятностью может появиться групповая цель (ГЦ) с тем или иным числом элементов M. Эту информацию можно представить в виде априорной функции распределения p(M). Простым примером априорной функции может быть равномерное распределение p(M) = 1/Mmax, которое принимается в случае, когда о количественном составе ГЦ известно только то, что в ней может быть не более Mmax целей.
189
