CC BY
16
ОБ ОДНОМ СПОСОБЕ ОСЛАБЛЕНИЯ ТРАНСЗВУКОВОГО БАФТИНГА НА СВЕРХКРИТИЧЕСКИХ ПРОФИЛЯХ
© Брутян М.А.* *, Потапчик А.В.*
Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского, г. Жуковский
Экспериментально исследован новый способ ослабления негативного явления бафтинга, возникающего при трансзвуковом обтекании сверхкритических профилей и крыльев летательных аппаратов. Способ основан на создании системы вихрегенераторов, функционирующих за счет пассивного перепуска воздуха из области повышенного давления за скачком уплотнения в область пониженного давления перед ним.
Ключевые слова трансзвуковые течения, явление бафтинга, методы управления обтеканием.
Известно, что одной из основных причин возрастания сопротивления и уменьшения аэродинамического качества профилей при закритическом обтекании является возникновение вихревых и отрывных зон вследствие взаимодействия скачка уплотнения с пограничным слоем [1, 2]. Для ослабления их негативного влияния предлагается новый способ пассивного управления обтеканием [3], который основан на действии системы струйных вихрегенераторов, расположенных определенным образом перед скачком уплотнения и функционирующих за счет перепуска воздуха из зоны повышенного давления за скачком уплотнения в область пониженного давления перед ним (рис. 1).
Рис. 1. Схема устройства и сечение модели для исследования пассивного управления взаимодействием пограничного слоя со скачком уплотнения
* Главный научный сотрудник, доктор физико-математических наук, профессор.
* Ведущий инженер.
146
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
Эффективность нового способа управления проверялась физическими методами экспериментального исследования на модели сверхкритического профиля в аэродинамической трубе АДТ Т-112 ЦАГИ.
Отверстия перфорации были выполнены под определенным углом к поверхности модели в вертикальном сечении, расположенном под углом у=45° к направлению потока. Испытания проводились при угле атаки а=4° с регистрацией оптической картины обтекания прибором Теплера и прямыми весовыми измерениями аэродинамических характеристик. Полученные результаты сопоставлялись с соответствующими данными для исходной модели профиля без системы управления.
При возникновении закритического режима обтекания на верхней поверхности профиля появляется местная сверхзвуковая область с замыкающим скачком уплотнения. При этом между отверстиями и щелью создается ощутимый перепад давления, приводящий к интенсивному вихреобразованию и заметному влиянию на всю картину обтекания (рис. 2a, б).
Рис. 2a. Оптическая картина обтекания сверхкритического профиля с устройством пассивного управления; а = 4°, Мм = 0,75
Рис. 2б. Оптическая картина обтекания сверхкритического профиля без устройства пассивного управления; а = 4°, М„ = 0,75
Физико-математические науки
147
На оптическом снимке (рис. 2a) можно видеть влияние струйных вихрегенераторов, которое проявляется в образовании косого скачка уплотнения, приводящего к ослаблению интенсивности основного скачка. Продольные вихри, генерируемые струями, способствуют интенсификации процесса перемешиванию нижних и верхних слоев пограничного слоя перед основным скачком уплотнения, что усиливает энергетику нижних слоев и способствует затягиванию момента наступления волнового отрыва потока. Здесь уместно заметить, что в работах [4-6] разработан и успешно используется новый способ оптических исследований состояния пограничного слоя при трансзвуковых скоростях.
Рис. 3a. Оптическая картина обтекания сверхкритического профиля с устройством пассивного управления; а = 4°, Мм = 0,79
Рис. 3б. Оптическая картина обтекания сверхкритического профиля без устройства пассивного управления; а = 4°, М„ = 0,79
В диапазоне закритических чисел Мм = 0,77-0,79 на модели сверхкритического профиля без системы перепуска воздуха перед основным скачком
148
ФУНДАМЕНТАЛЬНЫЕ И ПРИКЛАДНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ
уплотнения образуется, так называемая, X - ножка, которая приводит к значительному расширению зоны вихревого течения за скачком (рис. 3б). При управлении обтеканием за счет пассивного перепуска развитие негативных процессов вихреобразования за основным скачком уплотнения сдерживается (рис. 3a), что благоприятно сказывается на аэродинамических характеристиках профиля, в частности на зависимости коэффициента подъемной силы от числа Маха (см. рис. 4).
Рис. 4. Зависимость коэффициента подъемной силы сверхкритического профиля от числа Маха; а = 4°
Образование X - ножки связано с утолщением пограничного слоя перед основным скачком уплотнения, которое обусловлено положительным градиентом давления и недостаточной энергетикой нижних пристеночных слоев пограничного слоя, которые не в состоянии преодолеть положительный градиент давления в области скачка уплотнения. Как уже отмечалось, струйные вихрегенераторы, вызванные устройством пассивного управления, способствуют перемешиванию нижних и верхних слоев, что дает возможность пограничному слою преодолевать больший перепад без существенного утолщения и образования X-ножки.
Из представленных на рис. 2 и 3 оптических картин обтекания, видно, что пассивное управление с использованием струйных вихрегенераторов позволяет достаточно эффективно ослаблять процессы развития вихревой зоны, задерживать образование X - ножки, стабилизировать положение скачка уплотнения и, как следствие, затягивать наступление негативного явления бафтинга.
Список литературы:
1. Брутян М.А. Влияние вязкости на аэродинамические характеристики профиля при докритических скоростях // Труды ЦАГИ. - 1976. - Вып. 1752. -С. 1-17.
Физико-математические науки
149
2. Брутян М.А., Савицкий В.И. Влияние вязкости на безотрывное околозвуковое обтекание профиля // Ученые записки ЦАГИ. - 1977. - Т. VIII, № 5. - С. 24-29.
3. Брутян М.А., Потапчик А.В. Способ ослабления волнового отрыва при взаимодействии скачка уплотнения с пограничным слоем // Патент на изобретение, № 2502639, гос. рег. 27.12.2013.
4. Брутян М.А., Петров А.В., Потапчик А.В. Новый метод оптических исследований состояния пограничного слоя в аэродинамическом эксперименте // Ученые записки ЦаГи. - 2015. - Т. XLVI, № 6. - С. 3-9.
5. Brutyan M.A., Petrov A.V, Potapchik A.V Application of light scattering effect in aerodynamic experiment // Proceedings of ICAS 2014_0399. St. Petersburg, Russia, Sep., 7-12, 2014.
6. Брутян М.А, Потапчик А.В. Сравнение двух методов экспериментального исследования состояния пограничного слоя на аэродинамических профилях // Фундаментальные и прикладные исследования: проблемы и результаты. - 2014. - № 14. - С. 104-109.
СОЗДАНИЕ УСТАНОВКИ ДЛЯ РЕГИСТРАЦИИ МАГНИТООПТИЧЕСКОГО ЭФФЕКТА КЕРРА В МОНОКРИСТАЛЛЕ ГЕМАТИТА
© Додевич А.В.*
Тихоокеанский государственный университет, г. Хабаровск
В рамках данной работы создана экспериментальная установка для регистрации магнитооптического эффекта Керра, в монокристалле гематита (a-Fe2O3).
Ключевые слова: магнитооптический эффект Керра, слабый ферромагнетик, гематит.
Магнитооптические эффекты обнаруживаются либо при прохождении света через ферромагнетик, либо при отражении света от ферромагнитного зеркала [3]. В 1876 г. шотландский физик Джон Керр впервые наблюдал вращение плоскости поляризации света, отраженного от намагниченного ферромагнетика. В зависимости от взаимного расположения вектора намагниченности, плоскости ферромагнитного зеркала и плоскости поляризации света различают полярное, меридиональное и экваториальное намагничивание образца и, соответственно, полярный (ПЭК), меридиональный (МЭК) и экваториальный (ЭЭК) эффекты Керра [3]. Система координат выбирается так, что ось Z всегда направлена вдоль намагниченности образца (рис. 1).
Аспирант.
