CC BY
29
_________УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦА Г И
Том VIII 1977
№ 6
УДК 532.526.011.55
РАСПРЕДЕЛЕНИЕ ДАВЛЕНИЯ НА ПОЛУКОНУСЕ ПРИ ЧИСЛЕ Мсо = 5
В. Я• Боровой, Ю. Ю. Колочинский, В. N. Харченко
Приведены результаты измерений давления на моделях полу-конуса с острым и скругленным носками при числе М00 = 5. Опыты лроведены в диапазоне углов атаки +15°.
В последние годы проявляется интерес к исследованиям течения около тел, имеющих форму полуконуса. Такие тела являются схематизированными моделями летательных аппаратов типа несущий корпус. Обширные экспериментальные исследования выполнены, например, в работе [1]. Наиболее интересным результатом этих исследований было обнаружение зон повышенных тепловых потоков на подветренной поверхности полуконуса. Было установлено, например, что на плоской поверхности полуконуса при нулевом и небольших отрицательных углах атаки появляются резкие пики тепловых потоков, уровень которых может быть даже выше, чем на наветренной поверхности при ламинарном течении.
Для понимания картины обтекания моделей такой формы необходимы подробные измерения распределения давления. Следует отметить, что абсолютные значения давления, особенно на подветренных поверхностях, обычно очень низки {порядка Юз Па), и широко распространенные манометры (ГРМ) не обеспечивают необходимой точности измерения в этом диапазоне давлений. Поэтому проведенные в работе [1] измерения не позволили достаточно подробно исследовать особенности распределения давления на моделях.
1. В данной работе проведены подробные измерения распределения давления на моделях полуконуса с полууглом раствора 15° при числе =5 в диапазоне углов атаки а = + 15° (угол атаки отсчитывался от плоской поверхности и считался положительным, когда плоская поверхность была наветренной) Эксперименты проводились при числе М00 = 5, давлении торможения /70 = 8-105 Па, температуре торможения Го = 473 К и числе Ие ^ 107 на метр длины.
На фиг. 1 приведен схематический чертеж модели, представляющей собой полуконус с полууглом раствора 15° и радиусом основания 50 мм. Носок модели был сменным: вариант 1—острый, вариант 2—с радиусом скругления 23,6 мм. В сечении, перпендикулярном оси модели и находящемся на расстоянии 66 мм от донного среза, располагались отверстия диаметром 0,7 мм для измерения статического давления. На плоской поверхности модели было 33 дренажных отверстия с шагом примерно 1 мм. На конической поверхности было 15 отверстий с шагом, меняющимся от 1 мм в окрестности оси симметрии до 8,5 мм вблизи боковой кромки. Для измерения давления использовались модернизированные датчики (ТСД).
Подробное описание системы измерения давления содержится в работе [2]. Система обеспечивает измерение низких давлений порядка 400 Па и выше с по-
грешностью +0,2%, а с учетом некоторой нестабильности режима работы аэро динамической трубы средняя погрешность измерений составляет ±2%. Коэффициент давления определялся по обычной формуле
где р —статическое давление, вычисленное по измеренному давлению торможения и известному числу Ми=5.
2. На фиг. 2 и 3 приведены результаты измерений давления на плоской
поверхности моделей при углах атаки а = 0н------15° (т. е. плоская поверхность
была подветренной). На этих же графиках горизонтальными штриховыми линиями нанесены расчетные значения давления на пластине при невязком обтекании. Абсцисса г = 0 соответствует оси симметрии плоской поверхности, г = 1 — боковой кромке.
При 1 = 0 и —5° распределение давления по размаху модели неравномерно. Давление в средней части модели до гг: 0,3-н 0,5 заметно выше расчетного, а при г >0,5 оно равно или даже ниже (при а = 0) расчетного. При г = 0,3 -н 0,5 давление резко изменяется. Такое распределение давления объясняется тем, что газ перетекает с нижней поверхности полуконуса на верхнюю. Вблизи плоскости симметрии встречаются два потока, имеющие разные направления. При этом происходит торможение потоков, сопровождающееся образованием внутренних скачков уплотнения и повышением давления. Аналогичная картина течения наблюдалась авторами ранее при пространственном обтекании треугольных крыльев (2]. Торможение вызывает отрыв пограничного слоя вблизи боковых кромок. Вблизи линии присоединения в случае затупленного полуконуса при а = 0 образуется небольшой пик давления. В других случаях пик не образуется. Заметим, что часто при двумерном отрывном течении пик давления также не образуется. Например, при падении скачка уплотнения на пластину или при отрыве перед щитком за точкой присоединения продолжается монотонное повышение давления. Затупление полуконуса несколько повышает неравномерность распределения давления в поперечном сечении (фиг. 4). Это связано, по-видимому, с уменьшением полного давления”при обтекании затупления.
При а < 0, а в случае затупленного полуконуса и при а = 0 на плоской поверхности полуконуса образуется развитая область отрыва потока с резко выраженными пиками теплового потока в зонах присоединения и резкого повышения давления. Относительное повышение теплового потока на линиях присоединения, обнаруженное в работе [1], в несколько раз больше, чем повышение давления, полученное в данной работе. Отсюда следует, что повышение теплового потока на линиях присоединения связано не только с повышением давления, но
2 (п — п )
66
Фиг. 1
р
0,04
Л
I
. У-, т~¿~ї-
2
*~Расчет
Р
Оо о • (
-ом
а= -5‘
—і
2
о>°Ч
• модель с острым носком о модель с затупленным носком
сс= О
8о
<50&ЄЧЬ>*0*#Л>8»2. О
-0}0Ф
^^88ав[ва)яр°2 і
Фиг. 4
Поликонцс с затупленным носн ом
°№\ 0С= -15
Р
О
-0,04-
О
* * і і *
Поликонцс с затопленным носком
ч
а. - -5
4
ос* О
ч
0,5
°\
ОС = 15і
* V,
сс = Ю°
Расчет
-------------------¡/*¿¿¿¿1.
•••_ *,*_*_■ I 1Ь _|«г^
-. I »«■ , |*Г • • • •
а«.Г
Фиг. 3
Фиг. 5
и с изменением характера течения (с утоньшением пограничного слоя и с пульсациями скорости в области отрыва).
На фиг. 3 видно, что при а = —10 и —15° давление на плоской поверхности полуконуса слабо изменяется по размаху, а уровень давления существенно выше расчетного. Это объясняется тем, что области отрыва при а = — 10 и —15° захватывают всю верхнюю поверхность модели. Аналогичные результаты были получены авторами ранее при испытаниях треугольных крыльев [2].
ОС-О
0,1
-ЖЖ 1 Расчет и
-чти Ионич Т"*' еская поверх и ость
Ъ я> ^ 1 съ т ь
7 0 5
О
Г\5
0,1
Плоская поВерх Ллл/ О Л 1п П..С1 °Я1 ностъ о
Ч ^ о Ионическая поверхности ь о 6 ° ■ - /
''Ра с че ТГ7
0,5
Фиг. 6
На фиг. 5 приведено распределение давления на плоской поверхности затупленного полуконуса при а^-0, т. е. когда плоская поверхность была наветренной. При а > 10° давление несколько падает по мере перемещения от кромки к плоскости симметрии. В этом случае течение у плоской поверхности полуконуса
Палу ной ус с затупленным носком
слабо зависит от течения у его выпуклой поверхности и аналогично течению у нижней поверхности треугольного крыла. Некоторый разброс экспериментальных данных на фиг. 5 объясняется тем, что измерения проводились в разных пусках, которые могли несколько отличаться друг от друга, например, давлением торможения или углом атаки.
На фиг. 6 приведено распределение давления в поперечном сечении затупленного полуконуса как по конической, так и по плоской поверхности. Там же штриховыми линиями показаны расчетные зависимости для невязкого обтекания острого конуса. Видно, что измеренное давление удовлетворительно согласуется с расчетным всюду, кроме окрестности кромки, где существенную роль играет перетекание газа.
На фиг. 7 приведены зависимости давления на плоской и конической поверхностях затупленного полуконуса от угла атаки. Там же штриховой линией показана расчетная зависимость для невязкого обтекания острого конуса [3]. На наветренной конической поверхности согласование результатов вполне удовлетворительное. На подветренной плоской поверхности в плоскости симметрии давление
при я = 0 -5-15° практически не меняется. В зоне отрыва (г = 0,7) давление
имеет минимум при а =—5°.
Таким образом, исследование показало, что на плоской поверхности полуконуса при а = 0 и —5° распределение давления по размаху неравномерно: вблизи линий растекания, где при тепловых испытаниях наблюдались пики теплового потока, происходит резкое изменение давления, связанное, по-видимому, с образованием внутренних скачков уплотнения. При больших углах атаки (а = — 10 и —15°), когда области отрыва захватывают всю верхнюю поверхность полуконуса, давление на плоской подветренной поверхности почти постоянно по размаху, но существенно выше расчетного.
ЛИТЕРАТУРА
1. Боровой В. Я., Давлет-Кильдеев Р. 3., Рыжкова М. В. Об особенностях теплообмена на поверхности полуконуса, обтекаемого сверхзвуковым потоком газа. В сб. „Аэродинамическое нагревание при гиперзвуковых скоростях потока“. Труды ЦАГИ, вып. 1106, 1968.
2. Боровой В. Я., Колочинский Ю. Ю., Похвалин-ская В. В, Харченко В. Н. Экспериментальное исследование обтекания треугольного крыла сверхзвуковым потоком газа. В сб. „Аэродинамическое нагревание при сверхзвуковых скоростях потока“. Труды ЦАГИ, вып. 1749, 1976.
3. Бабенко К. И., Воскресенский Г. П., Любимов А. Н., Русанов В. В. Пространственное обтекание гладких тел идеальным газом. М., „Наука“, 1964.
Рукопись поступила 28\Ш 19/7 г~
