Исследование донного давления за кольцевыми уступами Текст научной статьи по специальности «Физика»

_______УЧЕНЫЕ' ЗАПИСКИ НАГИ

Том XXI 19 9 0

№ 5

УДК 532.526.048.3.011.7

533.6.011.3/.5 : 532.582.33

ИССЛЕДОВАНИЕ ДОННОГО ДАВЛЕНИЯ ЗА КОЛЬЦЕВЫМИ УСТУПАМИ

Е. М. Нецветайлов

Экспериментально исследовано давление за осесимметричными кольцевыми уступами при отношении диаметров цилиндрических поверхностей за уступом и до уступа d от 0,74 до 0,99 и числах внешнего потока от 0,6 до 2,5.

Показано, что при Моо>1 по мере увеличения d величина давления за кольцевым уступом возрастает. При Мте<1 значение давления остается постоянным при изменении d и зависит только от числа М» внешнего потока.

Необходимость исследования течения за осесимметричным уступом возникает в связи с решением ряда практических задач: определение влияния диаметра державки на величину донного давления при испытании моделей в аэродинамических трубах, определение донного давления в компоновках летательных аппаратов, у которых срез реактивных сопел вынесен за донный срез мотогондолы и др.

Экспериментальному исследованию донного давления за осесимметричным уступом при наличии турбулентного пограничного слоя посвящены работы [1—7].

Среди отмеченных выше работ можно выделить работу [1], в которой была найдена зависимость величины донного давления за уступом от относительного диаметра центрального стержня в диапазонах й=0...0,8 и Мтс=0,5... 2,5. Результаты указанных исследований были сопоставлены с данными других авторов [2—5] и было* показано, что они находятся в удовлетворительном количественном и качественном соответствии.

Практика показала, что представляют интерес результаты и при й>0,8. С целью изучения влияния размеров кольцевого уступа на донное давление при d>■ 0,8 и М«, = 0,6... 2,5 были проведены экспериментальные исследования в аэродинамических трубах с закрытой рабочей частью (АДТ-1) и с камерой Эйфеля (АДТ-2) при Ие= (2... 4) • 106. Для изучения влияния толщины пограничного слоя на величину давления за осесимметричным уступом были измерены поля полного давления на модели перед уступом. Результаты указанных исследований приведены в настоящей работе.

Значения давления, полученные в экспериментах, отнесены к статическому давлению в невозмущенном потоке ро». Линейные размеры и толщина пограничного слоя отнесены к диаметру миделя модели £>„. При вычислении числа Ие в качестве характерного размера принят диаметр миделя модели.

Модель, на которой проводились исследования, показана на рис. 1. Она состоит из корпуса 1, у которого d=d/Dя = 0J4 и шести сменных цилиндров, обеспечивающих соотношение й=0,8; 0,88; 0,92; 0,96; 0,98 и 0,99.

В экспериментах давление на торце донного уступа измерялось в девяти точках на расстояниях Л=/Г//)м = 0,004; 0,005; 0,01; 0,01; 0,015; 0,025; 0,05; 0,08; 0,11 от кромки уступа. Сменные цилиндры имели дренажные каналы на внутреннем торце,

- О — й

й те приемники давления, у которых Л > ———— обеспечивали измерение давления!

в месте сопряжения донного уступа и сменного цилиндра. Давление на поверхности цилиндра перед уступом измерялось в шести точках.

Для измерения толщины пограничного слоя использовался цилиндр с гребенкой приемников полных давлений. По профилю полных давлений, полученных с помощью той гребенки, определялась толщина пограничного слоя на цилиндрической, поверхности перед уступом.

Схемы установки моделей в АДТ показаны на рис. 2, а и б. В АДТ-1 модель устанавливалась на цилиндрической центральной державке (диаметр миделя модели был равен диаметру державки), а в АДТ-2 —на пилонной (толщина пилона —

0,24 £>м, а расстояние от его задней кромки до модели — 4£>м).

10 —«уЧеные записки» № 5

125

Точность измерения донного давления зависела от р„ и находилась в пределах от 0,3 до 1 % •

Результаты измерения пограничного слоя перед уступом представлены на рис. 3, а. Видно, что эта величина в АДТ-1 составляет 0,05—0,25 от DM, а в АДТ-2 на 20—40% больше. Профиль скоростей в пограничном слое хорошо описывается степенной зависимостью с показателем и =1/7.

На модели дренажные отверстия располагались по радиусу донного уступа. Измерения показали, что, также как и в работе [1], у внешней границы уступа давление увеличивается на 5—10% по сравнению со средним значением. Указанное повышение давления становится более заметным с увеличением толщины пограничного слоя. Величина донного давления вычислялась как среднее значение с учетом правила площадей.

Исследованию влияния толщины пограничного слоя на величину донного давле-*шя на торце модели уделено значительное внимание в работе [6], когда 6/£>„<Л.

2о

В настоящей работе исследования проводятся при —-----------~ > 1.

Сопоставление результатов, полученных в различных АДТ (рис. 3, б), показывает их хорошее количественное и качественное соответствие.

На рис. 4 представлены результаты, полученные в АДТ-1, и данные из работ 11—4]. Видно, что значения донного давления при rf=0,74—0,80, полученные в настоящей работе и работах [2—4], находятся в хорошем количественном соответствии и практически совпадают с данными работы [1].

Однако при d>0,8 и М«,>1 наблюдается существенное отличие результатов. В работах [2, 4] показано, что в диапазоне d=0,8... 0,96 по мере увеличения d величина давления за кольцевым уступом уменьшается и стремится к давлению за плоским уступом. Однако результаты экспериментов, представленные в настоящей работе и _в работах [5,7], показывают качественно иную зависимость. По мере увеличения d давление за кольцевым уступом увеличивается. Рост М.<» приводит к тому, что увеличение Рдон с ростом d начинается при меньших значениях d. Приведенные в работах [5, 7] результаты получены в узком диапазоне М„ и d.

Указанное качественное отличие может быть связано с различием в толщине пограничных слоев.

Представленные на рис. 4 экспериментальные результаты при d—0,74 и Моо>1, а при Моо<1 в диапазоне d=0,74.. .0,99 могут быть аппроксимированы зависимостью

, 0,502

Рлои = 2,549 - 1,422М00 + 0,247М^ - -кт— ; (1)

1 СО

а при Мм> 1 в диапазоне d = 0,74 ... 0,99 зависимостью

- , 0,502

Рдон = 42,689 — 1,642М00 + 0,247М^, - -h— — 47,637rf + 18,688tf> -

ОО

11,189

~ + О.ЗМ^ d. (2)

Среднеквадратичное отклонение результатов по этим формулам от экспериментальных составляет 0,015.

Рис. 5

Для того чтобы выяснить влияние толщины пограничного слоя на давление за уступом, результаты, приведенные на рис. 4, можно представить в виде т/ 25**

зависимости рдон от у д____^ (рис. 5). Видно, что величина донного давле-

т/ 25**

•ния может быть представлена в виде линейной функции от 1/ д______^ .

Представленные на рис. 5 результаты при Мто'>1 могут быть аппроксимированы зависимостью

/25**

дтгзх (3)

X (0,0365 + 0.039МД

•а при зависимостью (1). Среднеквадратичное отклонение результатов,

полученных по формуле (3), от экспериментальных составляет 0,035.

ЛИТЕРАТУРА

1. Глотов Г. Ф., Лаврухин Г. Н. Исследование срывного течения за осесимметричным уступом с центральным стержнем. — Ученые записки ЦАГИ, 1974, т. 5, № 2.

2. Chapman D. R. Ап analysis of base pressure at supersonic velocities and comparison with experiment. — Report NASA, 1951, N 1051.

3. К о v a n a у L. L. Base pressure studies in rarefied supersonic flows.—JiAS Preprint, 1955, N 529.

4. P о ш к о А., Томке Г. Наблюдение присоединения оторвавшегося турбулентного слоя за осесимметричным уступом в сверхзвуковом потоке.— РТК, 1966, № 6.

5. S е i 1 i n g W. R., Page R. H. A re-examination of sting interference effects. — AI1AA Paper, 1970, N 70-585.

6. Л а в p у x и н Г. H. Донное давление при до- и трансзвуковых скоростях внешнего потока. — Труды ЦАГИ, 1978, вып. 1962.

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

Рукопись поступила 13/Х 1987 г.