Обтекание цилиндра с управляемой циркуляцией под углом скольжения Текст научной статьи по специальности «Физика»

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ Ц А Г И Том XIX 1988

№ Г

УДК 532.525.6

ОБТЕКАНИЕ ЦИЛИНДРА С УПРАВЛЯЕМОЙ ЦИРКУЛЯЦИЕЙ ПОД УГЛОМ СКОЛЬЖЕНИЯ

В. А. Власов, Ю. Г. Жулев, А. Г. Наливайко

Излагаются результаты экспериментального исследования силового взаимодействия цилиндра с набегающим потоком для случая, когда по касательной к поверхности цилиндра из щели выдувается струя, вызывающая его несимметричное обтекание.

Одной из возможностей создания несимметричного обтекания цилиндра плоскопараллельным потоком, направленным перпендикулярно оси цилиндра, является выдув струи на поверхность цилиндра из щели, параллельной его оси (рис. 1). В этом случае выдуваемая струя в соответствии с эффектом Коанда некоторое время распространяется по поверхности цилиндра, обеспечивая его безотрывное обтекание внешним потоком. В работе Дж. Дункана* показано, что такой выдув позволяет получать силу взаимодействия цилиндра с набегающим потоком, перпендикулярную оси цилиндра и направлению набегающего потока, которая может значительно превосходить импульс выдуваемой струи. В настоящей работе исследован более общий случай, когда набегающий поток не перпендикулярен оси цилиндра и когда щель выдува расположена под углом к оси цилиндра.

Экспериментальные модели представляли из себя три полых цилиндра со щелью выдува, отличающихся между собой углом в между направлением щели и осью цилиндра (основные геометрические размеры моделей приведены на рис. 2). Модели устанавливались в рабочей части аэродинамической трубы на изогнутом трубопроводе (см. рис. 2) с вмонтированными в него тензовесами, представляющими из себя полые цилиндрические втулки с наклеенными на внешней поверхности тензоэлементами. Подвод воздуха к трубопроводу с тензовесами производился с помощью дюритового шланга, что позволило поворачивать всю установку с помощью поворотного стола аэродинамической трубы и, таким образом, изменять угол между осью цилиндра и направлением скорости набегающего потока (угол р на рис. 2). Модели могли поворачиваться вокруг своей продольной оси в месте крепления к воздуховоду, что позволяло изменять положение щели выдува на поверхности цилиндра (угол •у» Рис- 2). При экспериментах измерялись действующие на модель силы, полное давление воздуха перед щелевым соплом, расход этого воздуха и параметры потока в трубе.

На рис. 3 представлены результаты экспериментов при различных углах (5 для модели № 1 (модели со щелью, параллельной оси цилиндра). На рис. 3 приняты следующие условные обозначения:

Я=(Яв — Яо)—сила, действующая на цилиндр в направлении, перпендикулярном направлению набегающего потока и оси цилиндра, вызванная интерференцией набегающего потока и выдуваемой щелевой струи (7?„ и — соответственно измеряемые тензовесами силы при выдуве струи и без него);

Лид — тяга идеального сопла, расход и полное давление на срезе которого равны измеренным в эксперименте;

* Dunhan J. A theory of circulation control by slot-blowing to a circular cylin der, — J. Fluid Mech., vol. 33, part. 3, 1968.

Л~12мм ,1/й~3,Ч-; 1/й =1,Ч;Ь/1-0,0Ш; у 400°

Рис. 2

Ро/Ра — отношение полного давления перед щелевым соплом к атмосферному давлению.

Представленные на рис. 3 экспериментальные результаты получены для двух условий. В одном случае скорость в трубе V поддерживалась неизменной и равной 15 м/с при всех значениях р. В другом случае скорость в*трубе для каждого значения р подбиралась такой, чтобы нормальная по отношению к оси цилиндра составляющая скорости набегающего потока У1 оставалась бы постоянной и равной 15 м/с. Эксперименты проводились при наивыгоднейшем расположении щели выдува (угол у на рис. 2). Наивыгоднейшее значение угла у определялось из условия получения максимального значения Я для случая, когда набегающий поток перпендикулярен к оси цилиндра (Р=0). Наивыгоднейшее значение этого угла оказалось примерно одинаковым для всех трех моделей и равным 100р.

При рассмотрении полученных зависимостей необходимо иметь в виду, что имеет место пространственный характер обтекания модели, связанный как с концевыми эффектами, так и с взаимодействием выдуваемой струи с набегающим потоком (визуализация обтекания сажемасляным покрытием показала, в частности, что выдуваемая струя при взаимодействии с набегающим потоком образует вихревое течение).

Из зависимостей рис. 3 видно, что при постоянной скорости набегающего потока Я/Яия практически не изменяется вплоть до весьма больших значений р (хотя при росте р непрерывно уменьшается нормальная составляющая скорости потока, набегающего на цилиндр). Если же нормальная составляющая при росте р остается постоянной, а, следовательно, увеличивается полная скорость набегающего потока, зави-

Рис. 4

симость Я/Якя от р становится достаточно сложной. При этом в некотором диапазоне изменения Р величина Я/Япж может значительно возрастать по сравнению со случаем Р=0. Эксперименты показали также, что сила Яия при р<>/р-А = о.оп$1 практически не зависит от р. Поэтому из зависимостей рис. 3 непосредственно следует, что при р<45° отношение Я/я — скоростной напор набегающего потока V) практически совпадает для обоих условий проведения эксперимента (У= 15 м/с и 1Л = 15 м/с).

Влияние угла наклона щели выдува исследовалось для случая, когда нормальная составляющая скорости набегающего потока при изменении р оставалась постоянной. Результаты таких исследований представлены на рис. 4, где по оси абсцисс отложены не углы наклона, а отношение величины составляющей скорости V^, параллельной оси цилиндра к величине нормальной составляющей скорости набегающего потока Видно, что изменением угла наклона щели можно активно влиять на характер зависимости Я=!(Р).

В заключение авторы благодарят М. Н. Когана за предложение использовать наклон щели выдува как средство воздействия на аэродинамические характеристики цилиндра.

Рукопись поступила 30/Х 1986 г.