К расчету обтекания конусов с большими углами раствора Текст научной статьи по специальности «Физика»

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ Ц А Г И Т О м VI 1 9 75

№ 6

УДК 533.6.011.3/55:629.7.024.36

К РАСЧЕТУ ОБТЕКАНИЯ КОНУСОВ С БОЛЬШИМИ УГЛАМИ РАСТВОРА

А. П. Базжин, С. В. Пирогова

Рассмотрены отдельные вопросы расчета обтекания затупленных конусов с большими углами раствора и определения их аэродинамических характеристик.

' Затупленные конуса с большими углами раствора являлись в последнее время предметом многих экспериментальных и расчетных исследований. Такие тела продолжают рассматриваться как возможные формы космических летательных аппаратов. В работах [1, 2] было рассмотрено обтекание конусов с большими углами раствора, имевших передние сферические затупления и тороидальные скругления кромок. При расчетах обтекания этих тел особое внимание было обращено на повышение точности численного решения. Применение сферической системы координат с подвижным центром позволило построить расчетную сетку, отвечающую особенностям течения, и тем самым уменьшить погрешность решения. В настоящей работе представлены некоторые из новых расчетных данных, относящихся к обтеканию рассматриваемых тел под углами атаки.

На фиг. 1 показаны меридиональные сечения двух рассмотренных тел, ударные волны и звуковые линии в плоскости симметрии течения. Расчет выполнен для совершенного газа с отношением удельных теплоемкостей 7=1,4 при числе М=18. Радиус переднего сферического затупления у обоих тел равен единице, радиус скругления кромки у первого тела с полууглом раствора ш = 65° равен

0,14, у второго с ш = 70° радиус скругления равен 0,18. Изменение угла атаки от 0 до 15° заметно изменяет форму дозвуковой области в ударном слое перед этими телами. При меньших значениях к в дозвуковой области могут возникнуть местные сверхзвуковые зоны, примыкающие к ударной волне или телу в окрестности сопряжения переднего сферического затупления с основной конической поверхностью.

Буквой К. на фиг. 1 обозначено положение критических точек на поверхности тел при угле атаки, равном 15°. Положение критической точки определяет градиент скорости в ней. В распределении скорости по таким телам (в плоскости симметрии) имеется характерная особенность — местное увеличение градиентов скорости на сферическом переднем затуплении, которое более или менее резко переходит в область меньших градиентов скорости после сопряжения затупления с конической поверхностью [2]. Соответственно ведут себя и градиенты скорости в критической точке при изменении угла атаки, а именно, при увеличении а и перемещении критической точки от оси тела градиент скорости в ней уменьшается. При попадании критической точки на коническую поверхность градиент скорости в этой точке может стать значительно меньше соответствующего градиента в критической точке на оси тела при нулевом угле атаки. Эта тенденция в изменении градиента скорости в критической точке является, видимо, достаточно общей. Само же перемещение точки в зависимости от угла атаки во многом определяется геометрией тела и должно рассчитываться для каждого тела в отдельности.

*dl

5,0

2,5

ш

-г—1 >

0, 950 /

Xd < ч,

-0,і 125 л $5 А >

Р'

5 10

Фиг. З

ОС.

Аэродинамические характеристики рассматриваемых тел показаны на фиг. 2. Сплошные линии относятся к телу с полууглом раствора 65°, штриховые — к телу сю = 70°. Коэффициенты сил отнесены к площади миделя каждого из тел, коэффициент момента — к площади миделя и радиусу сферического затупления. Продольный момент вычислен относительно точки с координатами х= 1,7, у = 0, (см. фиг. 1). В диапазоне углов атаки от 0 до 15° аэродинамические характеристики су и тг почти линейны и остаются такими же и при введении периферийной несимметрии тела [2]. Это позволяет прогнозировать их на большие углы атаки по результатам расчета при малых углах атаки.

На фиг. 3 приведено положение центров давления на оси тела и тангенсов углов наклона к оси тела равнодействующей аэродинамической силы в зависимости от угла атаки для тех же двух тел (сплошные линии — <о = Ь5°, штриховые с точками — ш = 70°). Величина ха отсчитывается от начала системы координат ху, расположенного на единичном расстоянии от острого носика исходного конуса (см. схему на фиг. 3). На фиг. 4 показан в двух проекциях вид линий тока в плоскости симметрии и на поверхности тела с <о = 65°при а = 15°, дающий наглядное представление о течении.

ЛИТЕРАТУРА

1. Б а з ж и н А. П., Пирогова С. В. Алгоритм расчета трехмерных смешанных течений газа Труды ЦАГИ, вып. 1604, 1974.

2. Б а з ж и н А. П., П и р о г о в а С. В. Расчет обтекания затупленных несимметричных конусов с большим углом раствора. „Ученые записки ЦАГИ“, т. IV, № 5, 1973.

Рукопись поступила ЦП 1975 г.