Интенсификация эффекта Коанда с помощью создаваемых в струе продольных вихрей Текст научной статьи по специальности «Физика»

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ Том XXVIII “ 1997 ' “

№1

УДК 629.7.015.3.036-.533.697.4/5 .

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ЭФФЕКТА КОАНДА

С ПОМОЩЬЮ СОЗДАВАЕМЫХ В СТРУЕ ПРОДОЛЬНЫХ ВИХРЕЙ

Ю. Г. Жулев, В. А. Макаров, А. Г. Нааивайко

Изложены результаты экспериментальных исследований, показавших возможность интенсификации эффекта Коанда при отклонении закрылка для струи из осесимметричного сопла, распространяющейся вдоль верхней поверхности крыла. Интенсификация эффекта Коанда достигалась созданием в струе продольных вихрей от расположенных на кромках сопла вихреобразова-телей. .

1. Возможность отклонения пристенной струи за счет отклонения поверхности, над которой струя распространяется, имеет большое практическое значение, в частности для самолетов с отклоняемым вектором тяги.

Широко известным эффективным способом интенсификации такого отклонения (интенсификации эффекта Коанда) является придание поперечному сечению струи прямоугольной или полуэллипти-ческой формы, что приводит к необходимости применения сопл соответствующих форм.

В работе [1] предложен способ интенсификации эффекта Коанда для пристенных струй из осесимметричных сопл. Сущность этого способа заключается в том, что, перед тем как отклонять струю (перед началом участка отклонения поверхности), располагается препятствие той или иной формы, натекая на которое, струя деформируется, и форма ее поперечного сечения приближается к прямоугольной, т. е. к такой, при которой эффект Коанда реализуется.

В настоящей статье рассматривается другой способ интенсификации эффекта Коанда для пристенных струй из осесимметричных сопл. Сущность этого способа заключается в том, что на кромках сопла располагаются вихреобразователи — источники сходящих в струю продольных вихрей [2]. Эти вихри деформируют поперечное сечение струи, придавая ей форму, близкую к прямоугольной или эллипсообразной, т. е. к такой, при которой эффект Коанда реализуется. Иссле-

дуется не только возможность предложенного способа, но и изучается эффективность одновременного использования вихреобразователей и деформации струи при натекании ее на препятствие, которое в дальнейшем изложении будем называть растекателем.

Конфигурации примененных вихреобразователей показаны на рис. 1, а и б, где демонстрируется также возможность деформации поперечного сечения струи с помощью этих вихреобразователей — пред-

Р

ставлены результаты измерения полей избыточных давлений

Ра

-1

на расстоянии двух калибров от сопла (р, ра и ро — соответственно давление, измеряемое приемником полных напоров, давление окружающей среды и полное давление перед соплом). Поля избыточных давлений приведены в виде изобар — линий равного давления, числовые значения которых выписаны сбоку, причем внешней линии соответствует минимальное давление. Нанесенная на рисунках сетка выполнена с шагом, равным диаметру сопла. Очертания выходного сечения сопла показаны на рис. 1 в виде круга, выполненного штриховой линией. ,

Ъ Ъ

Рис. 1

2. Принципиальная схема экспериментальной модели для изучения возможностей воздействия на эффект Коанда с помощью продольных вихрей показана на рис. 2. Модель представляет собой устано-

вленные на тензовесах форкамеру с осесимметричным соплом и отсек прямого крыла (профиль П-151-9%) с концевыми шайбами. Геометрическое удлинение отсека іфьіла равно 0,71. Сопла выполнены сменными, чтобы можно было исследовать показанные на рис. 1 варианты вихреобразователей, а на поверхности крыла вблизи отклоненного закрылка могли размещаться растекатели различной высоты. Форкамера с соплом могла устанавливаться в различных положениях по отношению к крылу.

Эксперименты заключались в определении с помощью тензовесов угла ср отклонения струи но отношению к оси сопла и потерь импульса при различных геометрических параметрах модели:

относительного зазора между осью сопла и поверхностью растека-теля Н =.й/</ (й — диаметр выходного сечения сужающегося сопла, на кромках которого размещались вихреобразователи); относительной высоты растекателей Н = Н/й; относительного расстояния от выходного сечения сопла до оси отклонения закрылка Ь = Ь[с1; угла отклонения закрылка 6.

Основные размеры следующие: хорда крыла Ъ - 700 мм, хорда отклоняемого закрылка Ь3 = 220 мм (ьз = Ь3/Ь = 0,3і), диаметр выходного

сечения сопла й = 40 мм. Отношение полного давления на срезе сопла к атмосферному Ро/ра изменялось в диапазоне 1,1 <, р0/ра <1,7. Число

Кв, подсчитанное по диаметру сопла, составляло (3,6 - 9,5) • 105.

Подробное, описание методики проведения экспериментов, а также геометрических размеров растекателей дано в [1]. Настоящие эксперименты отличаются от описанных в [1] только тем, что использовались сопла с вихреобразователями (см. рис. 1).

3. Результаты экспериментов для 5 = 60° и Ръ/Ра = 1,5 представлены на рис. 3 и 4 в виде зависимостей ср = /(й) при различных значениях Н и і при установке одного (рис. 3) и двух вихреобразователей (рис. 4). Для сравнения на рис. 3 и 4 нанесена зависимость ср = /(й), взятая из [1], для сопла без вихреобразователя.

Я =0 + 2; 0-£=5;Д-і=7; □-£, = 10; ------------без вихреобразователя

Рис. 4

Обозначения такие же, как на рис. 3

Из рассмотрения зависимостей рис. 3 и 4 видно следующее:

а) Установка вихреобразователей привела к тому, что угол отклонения ср стал заметно зависеть от Ь (для сопла без вихреобразователя, как показано в [1], ср не зависит от X). Отсутствие же зависимости ср от Н сохранилось и при установке вихреобразователей.

б) Установка вихреобразователей позволяет заметно увеличивать угол отклонения струи ср при неизменном значении й или увеличивать значение И при сохранении ср. Возможность увеличения ср при неизменном й более наглядно видна из рис. 5, где по оси ординат отложено увеличение угла отклонения струи Дф за счет использования вихреобразователей при различных значениях к и Ь.

в) Предельные углы отклонения струи практически совпадают с геометрическим углом отклонения наружной поверхности закрылка 8 + тр

где у — угол схода образующих закрылка, равный 13°.

Рио. 5 При отсутствии растекателя

- с одним вихреобразовагелем; (д = о) ГеОМетрИЧвСКИе ОЧерТаНИЯ с двумя вихреобразователями '

форкамеры не позволяли размещать срез сопла в непосредственной близости от поверхности профиля (для Ь = 10 величина Ит1П = 1, а для Ь = 7 и 5 — йццл = 1,4). Из рис. 3—5 видно, что в этом случае Д«р изменяется от 40 до 55° при Ь = 10 и от 0 до 9° при Ь = 7 и 5 (меньшие значения относятся к соплу с двумя вихреобразователями, ббльшие — к соплу с одним вихреобразовагелем).

Характер зависимостей рис. 3 и 4 (и, в частности, отчетливая зависимость ф от I) свидетельствует о том, что введение в струю продольных вихрей привело к отклонению струи в сторону поверхности крыла еще до натекания на растекатель. При этом для случая использования одного вихреобразователя струя начинает отклоняться уже непосредственно на выходе из сопла из-за несимметричного расположения вихреобразователя (см. рис. 1 а).

Отметим, что изменение Ра!ра в диапазоне 1,1—1,7 практически не изменило описанных выше результатов, а эксперименты с 6 = 45° подтверждают полученные зависимости для <р < 45°.

Проведенное сопоставление потерь импульса отклоненной струи по сравнению с импульсом на выходе из сопла показало, что эти потери при. переходе от обычного сопла к соплу с одним или двумя вихреобразователями уменьшаются соответственно на 2 и 4% при <р - 20° и на 5 и 10% при ф = 60°.

В заключение следует отметить, что объем проведенных экспериментов недостаточен для определения максимальных возможностей интенсификации эффекта Коанда с помощью создаваемых в пристенной струе продольных вихрей (возможно, имеются резервы интенсификации этого эффекта за счет, например, формы вихреобразователей или формы растекателя). Тем не менее полученные результаты являются доказательством эффективности рассмотренного способа интенсификации эффекта Коанда для струй из осесимметричных сопл.

ЛИТЕРАТУРА

1. Жулев Ю. Г., Макаров Б. А., Н а ли в а й ко К Г. Способ отклонения осесимметричной струи, распространяющейся вдоль верхней поверхности крыла с закрылком // Ученые записки ЦАГИ.—1992. Т. 23, № 1.

2. Наливайко А. Г. Способ воздействия на форму и размывае-

мость затопленной струи, истекающей из осесимметричного сопла // Пре- .

принт ЦАГИ—-1991, № 28. '

Рукопись поступила 29/У 1994 г.