CC BY
31
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ Ц А Г И Т о м XII 19 8 1
№ 2
УДК 681.787.07
ВИЗУАЛИЗАЦИЯ СПЕКТРА ОБТЕКАНИЯ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ В ОТРАЖЕННОМ ОТ ИХ ПОВЕРХНОСТИ СВЕТЕ
//. А. Кондратьев, Л. Б. Невский.
Рассмотрена возможность получения спектра обтекания аэродинамических моделей с помощью интерферометра сдвига ИТ-144, работающего в зеркально-отраженном от модели свете. Представлены результаты визуализации картины взаимодействия скачков уплотнения с пограничным слоем.
Визуализация потоков газа в аэродинамических трубах осуществляется I с помощью теневых или интерференционных приборов в проходящем свете.
При этом для аэродинамических моделей сложной формы не удается получить полную картину их обтекания. К таким моделям относятся, например, модели с выступающими элементами, используемые для исследования течений в областях взаимного влияния различных частей летательных аппаратов [1, 2]. Для получения картины обтекания подобных моделей в сверхзвуковом потоке предлагается метод визуализации в отраженном от поверхности модели свете. Оптическая схема для визуализации газовых течений в отраженном свете с помощью теневого прибора приведена в работе [3].
На рис. 1 представлена оптическая схема экспериментальной установки, примененной в данной работе. Устройство для образования интерференционной картины 1 и сферическое зеркало 3 являются частями серийного интерферометра сдвига ИТ-144. В обычной схеме интерферометра щель источника света
5^5 і
Рис. 1
помещается в центре кривизны зеркала 3. В данном случае щель находится
в фокусе сферического зеркала 3. Свет с помощью поворотного зеркала 2‘
и зеркала 3 параллельным пучком направляется на модель 4, имеющую зер-кально-отражающую поверхность. После отражения от модели свет попадает в приемную часть устройства 1. Цифрами 5 на рис. 1 обозначены окна рабочей части аэродинамической трубы.
Для иллюстрации возможности метода проведено исследование при числе М набегающего потока Мсо = 5 течения около модели, представляющей собой плоскую пластину с острой передней кромкой и зеркально-отражающей поверхностью, на которой закреплены два клина (см. рис. 2, б) с углами раствора
Р = 20°. Пластина изготовлена из стали ШХ-15. Фотография спектра обтекания
модели представлена на рис. 2, а. Интерферометр настроен на полосу бесконечной ширины и малые вертикальный и горизонтальный сдвиги волнового фронта световой волны. Снимок сделан с помощью импульсной лампы с длительностью вспышки 3 мкс. Модель в потоке вибрировала с высокой частотой, но юстировка интерферометра не нарушалась и интерференционная картина при импульсном освещении была видна с высокой степенью контрастности. Следует отметить, что отклонения поверхности пластины от заданной плоскости вблизи
ее передней кромки, допущенные при изготовлении, привели к тому, что механически ровная передняя кромка на снимке перешла в кривую линию, так как здесь образовались узкие интерференционные полосы.
На фотографии отчетливо видны идущие от вершин клиньев скачки уплотнения, которые пересекаются между собой. От точки их пересечения тянется линия тангенциального разрыва скорости (вихревой слой). Отметим, что эта картина взаимодействия скачков уплотнения между собой не видна в проходящем свете при использовании теневых или интерференционных приборов, так как при этом визуализируются только участки скачков уплотнения, которые касательны к лучам света.
Прямолинейные линии Р вблизи клиньев между скачком уплотнения и самим клином свидетельствуют о наличии значительного градиента плотности в этих областях течения. По своему геометрическому положению эти линии Р совпадают с линиями растекания предельных линий тока, полученных на исследуемой модели с помощью размываемой потоком краски (рис. 2, б). Как было показано в [1, 2], линия растекания вблизи клина представляет собой линию присоединения оторвавшегося от пластины пограничного слоя, что приводит к резкому увеличению давления на этой линии. Отрыв пограничного слоя на пластине в данном случае происходит на линии С (рис. 2, б). Скачки уплотнения от клиньев в результате их взаимодействия с пограничным слоем имеют вблизи поверхности пластины А-образную форму [2]. На это обстоятельство указывает наличие па интерферограмме вблизи этих скачков уплотнения прямолинейных линий, представляющих собой основание задней ножки А-образного скачка. Таким образом, хотя на полученной интерферограмме и произошло наложение оптических особенностей, обусловленных невязким и вязким течениями, однако в сочетании с методом визуализации линий тока на поверхности^ модели различение этих особенностей не представляет особых затруднений.
На интерферограмме, приведенной на рис. 2, а, хорошо видны и другие детали картины обтекания модели: области ламинарного и турбулентного течений, течение Прандтля— Майера на задней кромке клиньев, течение в следе за клиньями.
Особенности картины обтекания моделей наиболее контрастно видны на цветных интерферограммах. Метод цветного фотографирования имеет более высокую чувствительность, чем черно-белый, так как визуально различимых градаций на цветном снимке больше, чем на черно-белом, и можно более четко видеть слабые возмущения в газовом потоке. Цвет изображения спектра обтекания модели можно изменять с помощью компенсатора фаз интерферирующих световых волн.
ЛИТЕРАТУРА
1. Кондратьев И. А. Экспериментальное исследование теплопередачи на плоской пластине при взаимодействии косого скачка уплотнения с ламинарным пограничным слоем. „Ученые записки ЦАГИ“, т. II, № 2, 1971.
2. Боровой В. Я., Севастьянова Е. В. Течение газа и теплообмен в зоне взаимодействия ламинарного пограничного слоя с ударной волной вблизи полукрыла, установленного на пластине. Труды ЦАГИ, вып. 1410, 1972.
3. Васильев Л. А. Теневые методы. М., „Наука", 1968.
Рукопись поступила 11/ХII 1979 г.
