Некоторые особенности околозвукового обтекания профиля в условиях развитого отрыва Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

УЧЕНЫ1; ЗА Пи с к и Ц А Г И Т о ом ХХ// /99/

М2

удк 629.735.33.015.3.025.73: 532.526

НЕКОТОРЫЕ ОСОБЕННОСТИ ОКОЛОЗВУКОВОГО ОБТЕКАНИЯ ПРОФИЛЯ В УСЛОВИЯХ РАЗВИТОГО ОТРЫВА

В. Д. Боксер

На примере сверхкритического профиля большой толщины рассмотрены особенности поведения коэффициента максимальной подъемной силы Су в зависимости от числа М набегающего потока и распределения угаах

давления по поверхности на режиме развитого отрывного обтекания (Су Су ) при околозвуковых скоростях.

' * ' шаг'

В настоящее время поиск резервов дальнейшего аэродинамического совершенствования профиля при околозвуковых скоростях связан с обнаружением и ослаблением (или ликвидацией) имеющих место отрывов пограничного слоя. Ранее [1—3] были проведены исследования по выявлению различного вида отрывов на сверхкритичес-ких профилях с относительными толщинами с=9+ 15% для крейсерских режимов с„ = 0,3+0,6.

Наблюдающееся в настоящее время при околозвуковых скоростях расширение летного диапазона углов атаки вплоть до значений а=аКр (соответствующего величине с« ) вызывает необходимость более детального изучения режимов развитого

угаах'

отрывного обтекания.

Известно [4], что при Докритических скоростях (М<МКр) режим развитого отрывного обтекания (а:;акр) профилей классического типа характеризуется постоянством давления (Ср =со^) в отрывной зоне на хвостовом участке верхней поверхности. При закритических скоростях (М>Мкр) анализа особенностей развитого отрывного обтекания профилей классического типа при а»акр не проводилось.

Целью настоящей работы является деленных и суммарных аэродинамических характеристик профиля на режиме развитого отрыва при околозвуковых скоростях. В качестве изучаемого профиля взят толстый (с=15%) крыловой сверхкритический профиль (рис. 1), имеющий на режиме Су величину Мкр 0,47.

-'шах

На рис. 1 приведены экспериментальные эпюры давлений по верхней поверхности на режиме Су ~ су в диапазоне чисел М=0,50 +0,74. Число Рейнольдса при

’ утах

этом, вычисленное по параметрам набегающего потока и хорде профиля, составляло Re= (3,5+4,5)10®.

Как и в случае профилей классического типа, у исследуемого сверхкритического профиля при числе М=0,5 и значении угла атаки акр = 13,5° режим С„ харак-

утах

теризуется наличием большого пика разрежений у носка (ср Ш|п = -3,7) и постоянством давления в отрывной зоне на хвостовом участке (*»0,90, Ср= —0,05). Дальнейшее увеличение скорости набегающего потока (например, М=0,6+0,7, акр = 12,5°) приводит к уменьшению положительного градиента давления и пика разрежений у носка (например, ср = —2,9 при числе М=0,6), возникновению местной сверхзвуковой

3«рш ПОЗерХНОМЬ 1:1 «С, ",аж ё=/5'/,

Рис. 1

зоны в носовой части профиля и положительным градиентам давления на всей хвостовой части верхней поверхности. При этом уровень разрежений у задней кромки (з. к.) при числе М=0,6 (Срз к = — О,О1)ниже, чем при числе М=О,5 (ср^ ^ =—0,05) ,

что, как известно, свидетельствует об ослаблении отрыва.

Появление скачков уплотнения заметной ннтенсивности при числе М=0,7 водит к усилению отрыва в хвостовой части верхней поверхности (резкое снижение давления у задней кромки, Ср з ^ = — 0, 13, рис. 1).

Развитое закритическое обтекание на режиме сутах (например, при числе М=0,74, рис. 1) характеризуется полочной эпюрой давлений на передней части верхней поверхности (вплоть до 0,25), интенсивным скачком уплотнения, положительным градиентом давления за ним вплоть до задней кромки со значительно более высоким уровнем разрежений («р з к = — 0.2) по сравнению с предыдущими режимами

обтекания- (М=0,5+0,7).

Отметим, что при закритическом обтекании на рис. 1 (М=0,60+0,74) штрих-пунктирной линией отмечен критический уровень коэффициента давления (Ср кр), выделяющий на поверхности профиля область местных сверхзвуковых скоростей.

На основе проведенного анализа следует, что при околозвуковых скоростях, когда на профиле возникают скачки уплотнения, режим развитого отрывного обтекания (Су Су тах) характеризуется переменным давлением на всей хвостовой части верхней поверхности в отличие от его постоянства в отрывной зоне при малых скоростях.

Это обстоятельство необходимо учитывать при создании расчетной модели развитого отрывного обтекания профиля (а:;.акр),

На основе интегрирования экспериментальных эпюр давлений была построена зависимость величины Су тах от числа М набегающего потока, рис. 2. Немонотонный характер этой зависимости обусловлен следующими обстоятельствами. При до-критическом обтекании, когда на профиле отсутствует местная сверхзвуковая зона (например, М=0,4+0,5), снижение величины су связано с усилением неблаго-

-’тах

приятных градиентов давления в носовой части верхней поверхности, приводящих к преждевременному отрыву турбулентного (практически с носка профиля) пограничного слоя. Возникновение местной сверхзвуковой зоны со скачками умеренной интенсивности на режиме Су (число М перед скачком М1 <1,5, рис. 2) изменяет в благо-■'шах

Рис, 2

приятную сторону характер эпюры давлений (рис. 1) и приводит к росту величины Су (М""'0,51+0,б5, рис. 2).

-'шах

Дальнейшее увеличение скорости набегающего потока (например, М=0,66+0,74, рис. 2) приводит к заметному снижению коэффициента максимальной подъемной силы

Де „ ^— 0,08) вследствие усиления отрывных явлений, вызванных интенснвными

Ушах '

скачками уплотнения (Mi^ 1,5,

Как показывают проведенные в ЦАГИ экспериментальные исследования, рассмотренный выше сложный характер зависимости величины си от числа М набегающе-

*шах

го потока имеет место сверхкритических профилях различных форм и максимальных относительных толщин.

ЛИТЕРАТУРА

1. Б о к с е р В. Д. Некоторые особенности околозвукового обтекания профилей. — Ученые записки ЦАГИ, 1980, т. 11, N» 2.

2. Б о к с е р В. Д. Приближенные способы определения начала рез-

кого возрастания сопротивления профиля ' при околозвуковых скоростях. — Ученые записки ЦАГИ, 1980, т. ll, № 3. '

3. Б о к с е р В. Д. Развитие отрыва и его влияние на аэродинамику

сверхкритических профилей при околозвуковых скоростях. _ Ученые записки ЦАГИ, 1988, т. 19, № 5. .

4. Graham D. J., Nitzberg G. Е., Olson R. N. A systema-

tic of pressure distributions at high speeds over five representative NACA low-drag and сопуепНопа! '

Рукопись' поступила 2//// 1990 г,