Исследование обтекания гиперзвуковым потоком газа колеблющихся тел вращения с разрушающимся покрытием Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

Проектирование и производство летательных аппаратов, космические исследования и проекты

УДК 533.6(075.8)

Н. И. Сидняев

Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана, Россия, Москва

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБТЕКАНИЯ ГИПЕРЗВУКОВЫМ ПОТОКОМ ГАЗА КОЛЕБЛЮЩИХСЯ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ С РАЗРУШАЮЩИМСЯ ПОКРЫТИЕМ

Представлены результаты исследований обтекания комбинированных колеблющихся конусов с интенсивным поверхностным массообменом. Показано влияние поперечного массоподвода на нестационарные газодинамические характеристики гиперзвуковых летательных аппаратов.

В настоящее время для защиты от нагрева тепло-нагруженных поверхностей летательных аппаратов (ЛА) широко используются уносимые теплозащитные покрытия (ТЗП), применение которых в большинстве случаев оказывается весьма эффективным, однако при этом возможно существенное изменение геометрической формы обтекаемой поверхности и, как следствие, их прочностных характеристик. Перспективной является также тепловая защита ЛА, основанная на принудительном подводе охладителя через проницаемые оболочки поверхностей в наиболее теплона-груженные области. В этом случае удается сохранить неизменной геометрическую форму поверхности и, следовательно, ее динамические и прочностные характеристики, что особенно важно для обеспечения высокой точности баллистической траектории.

Поверхностный массообмен при обтекании гиперзвуковых летательных аппаратов, обусловленный уносом продуктов разложения теплозащитных покрытий вследствие высоких температурных нагрузок или принудительным подводом охладителя в пограничный слой, вызывает турбулизацию и утолщение последнего, а при достаточно большой интенсивности массообмена - оттеснение пограничного слоя от поверхности тела, образование у этой поверхности слоя вдуваемого газа и, как следствие, существенное изменение нестационарных аэродинамических характеристик Л А [1 ]. При несимметричном обтекании тел в условиях поверхностного массообмена происходит уменьшение разности давлений между наветренной и подветренной его сторонами, что приводит к снижению аэродинамического коэффициента нормальной силы, а это в свою очередь приводит к увеличению амплитуды колебаний. Во всем исследованном диапазоне изменения параметра интенсивности поверхностного массообмена и углов атаки распределенный массоподвод приводит к снижению коэффициента момента тангажа и к смещению вверх по потоку положения центра давления (уменьшению статической устойчивости тел), причем величина этого смещения зависит от интенсивности поверхностного массооб-мена его организации и угла атаки и оказывается наибольшей в диапазоне малых углов атаки. Степень влияния угла атаки на величину динамической производной устойчивости зависит от положения оси колебаний. Сдвиг оси колебаний вперед вызывает увеличение динамической устойчивости затупленного тела вращения. При близком к корме положении оси коле-

баний с увеличением угла атаки затупленное тело вращения становится динамически неустойчивым. Анализ производных аэродинамических моментов по углу атаки позволил установить, обладает ли тело тем или иным видом статической устойчивости, а также исследовать не только колебания летательного аппарата, но и общий случай движения на траектории и устойчивость этого движения при различных интен-сивностях массообмена. Установлено, что при несимметричном обтекании начало перехода пограничного слоя смещается вперед по потоку на наветренной стороне тела и к его донному срезу на подветренной стороне [2; 3]. При этом в процессе колебаний начало области перехода должно периодически перемещаться вдоль образующей конуса, причем на наветренной стороне эта область может смещаться за центр колебаний к носовой части тела, в то время как на подветренной стороне пограничный слой будет оставаться ламинарным.

Разработана математическая модель обтекания колеблющегося в потоке тела вращения в рамках системы уравнений Навье-Стокса с учетом влияния распределенного вдува газа на динамическую устойчивость осесимметричных тел вращения, распределение давления по поверхности комбинированных тел и вращательные производные с учетом амплитуды колебаний модели.

Таким образом сформулированы и обоснованы основные требования, предъявляемые к гиперзвуковым ЛА, когда разрушающее покрытие оттесняет пограничный слой. Определено влияние интенсивности массообмена на внешнее течение. Созданы методики расчета при интенсивном массообмене, позволившие провести оптимизацию газодинамических характеристик ЛА. Исследовано обтекание различных форм гиперзвуковых летательных аппаратов сложной геометрической формы с учетом физико-химических превращений, распределений давлений и тепловых потоков по их поверхности, а также нестационарных динамических характеристик тел как в условиях распределенного поверхностного массообмена, так и при сосредоточенном.

Библиографические ссылки

1. Сидняев Н. И. Исследование тепломассообмена на поверхности комбинированных тел вращения при обтекании гиперзвуковым потоком // Теплофизика и аэромеханика. 2006. Т. 13. № 1. С. 19-31.

Решетневскце чтения

2. Сидняев Н. И. Аэродинамические характеристики гиперзвуковых летательных аппаратов с поверхностным массообменном // Мат. моделирование. 2008. Т. 20. № 4. С. 23-34.

3. Sidnyaev N. I. Nonstationary heat conduction over a blunt body with surface mass exchange plased in a supersonic flow // Zhurnal technicheskoi physiki. 2005. Vol. 50. № 7. P. 828-834.

N. I. Sidnyaev

Bauman Moscow State Technical University, Russia, Moscow

RESEARCH OF FLOW BY HYPERSONIC FLOW OF FUME FLUCTUATING BODY OF OSCILLATING BODIES WITH DESTROYING COVER

The author presents the results of researches offlow of combined fluctuating cones with intensive superficial masstransfer are presented. Influence of cross-section mass input to nonstationary gasdynamics performances of hypersonic flight vehicles is shown.

© CHflrneB H. H., 2011

УДК 620.197

Т. В. Трушкина, А. Е. Михеев, А. В. Гирн, Е. В. Вахтеев, Д. В. Орлова

Сибирский государственный аэрокосмический университет имени академика М. Ф. Решетнева, Россия, Красноярск

ОЦЕНКА ПОРИСТОСТИ ПОКРЫТИЙ НА АЛЮМИНИЕВЫХ СПЛАВАХ, ПОЛУЧЕННЫХ МИКРОДУГОВЫМ ОКСИДИРОВАНИЕМ

Рассмотрены способы определения пористости покрытий полученных микродуговым оксидированием (МДО), проведены исследования по определению гигроскопичности. Выявлен характер пористости анодно-оксидного покрытия, который зависит от напряжения и времени микроплазменной обработки.

МДО-покрытия находят широкое применение в промышленности. Коррозионная стойкость, электроизоляционные и другие свойства МДО-покрытий в значительной степени зависят от пористости, поэтому ее определение при оценке защитных свойств покрытий имеет большое значение.

Исследованию пористости посвящено достаточное количество работ, но причины образования пористости и влияние технологических режимов находятся в начальной стадии изучения.

В электролитических покрытиях поры по размерам делятся на микропоры, макропоры и поры, промежуточные по размеру. Поры могут быть сквозными, т. е. доходящими до основного металла или подслоя, или замкнутыми. Поры могут иметь разнообразную форму (точечная, канальчатая пористость) и значительно отличаться по размерам. Пористость МДО-покрытий варьируется в интервале от 5 до 50 %, размеры пор колеблются от 0,01 до 10 мкм. Строение пор при толщине покрытия более 5...10 микрон сложное, с множеством ответвлений и замкнутых пространств. При необходимости пористость может быть понижена с помощью пропитки различными материалами либо с помощью нанесения слоя полимера (красителя). Наиболее часто применяется пропитка фторопластами и нанесение полимерных порошковых красок [1]

Существует несколько методов определения пористости защитных и защитно-декоративных покрытий. Наиболее простыми и распространенными методами измерения пористости электролитических покрытий являются коррозийные методы. Сущность их заключается в том, что для выявления пор испытуемый образец помещают в специальный раствор, который, не действуя на покрытие, реагирует через поры с металлом основы и образует хорошо видимые продукты реакции. Метод нанесения паст применим для определения пористости металлических покрытий на стали, меди, алюминии, цинке и их сплавах, а также неметаллических неорганических покрытий на алюминии и его сплавах. Деталь обезжиривают, затем кистью, пульверизатором, окунанием или другим способом наносят на ее поверхность пасту. Применяют пасту, согласно ГОСТ 9.302-88, следующего состава: калий железосинеродистый - 3 г/дм3, натрий хлористый - 10 г/дм3. К полученному раствору добавляют каолин до образования консистенции кашицы.

Для проведения исследований влияния технологических параметров обработки на пористость МДО-покрытий были взяты образцы площадью 1 дм2 из алюминиевого сплава марки АМГ6. Образцы были взвешены на весах ВЛР-200 2-го класса точности,