Влияние скругления передней угловой кромки тела вращения цилиндрической формы на его донное давление при гиперзвуковых скоростях потока Текст научной статьи по специальности «Механика и машиностроение»

________УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ

Том XXVII 199 6 :

№1-2

УДК 532.526.048.3.011.55

533.6.011.55:532.582.33

ВЛИЯНИЕ СКРУГЛЕНИЯ ПЕРЕДНЕЙ УГЛОВОЙ КРОМКИ ТЕЛА ВРАЩЕНИЯ ЦИЛИНДРИЧЕСКОЙ ФОРМЫ НА ЕГО ДОННОЕ ДАВЛЕНИЕ ПРИ ГИПЕРЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ ПОТОКА

В. Г. Артонкин

Проведено измерение донного давления за тепами вращения малого удлинения с острыми и скругленными передними угловыми кромками при переходе от лобовой поверхности к боковой цилиндрической части тела. Показано, что с увеличением радиуса скрушения передней угаовой кромки относительная величина донного давления Рд/.Рао уменьшается линейно. Даны

приближенные эмпирические формулы для расчета донного давления за телами вращения малого удлинения с различными радиусами скрушения передней угловой кромки. Исследования проведены в диапазоне чисел Рейнольдса ]1ед = (о,135 * 0,278) • 106 и чисел Мж = 11,8 * 28,0.

Скругление передней угловой кромки у тела вращения с тупой носовой частью оказывается необходимым не только из соображений аэродинамики (уменьшение лобового сопротивления, более плавное обтекание тела), но и по технологическим причинам, так как при полете с гиперзвуковыми скоростями в плотных слоях атмосферы у летательного аппарата с тупой носовой частью острая передняя угловая кромка обгорает и приобретает форму, близкую к плавному скругленню.

Известно, что наличие скруглення передней угловой кромки у тупоносого тела при больших сверхзвуковых скоростях потока оказывает влияние не только на расстояние отхода головной волны от тела, но и приводит к существенному изменению распределения давления по поверхности тела [1, 2]. Показано также, что местные параметры (число Мю и давление) на боковой поверхности тела играют определяющую роль при формировании давления на его донной поверхности [3]. Величины донного давления за цилиндром, установленного торцом к набегающему потоку, были получены в работе [4]. Однако экспериментальных данных по влиянию радиуса скруглення передней угловой кромки тела на его донное давление, к сожалению, очень мало.

С этой целью были проведены параметрические экспериментальные исследования по влиянию скруглення передней угловой кромки тела на его донное давление при гиперзвуковых скоростях гелиевого потока. Схема установки модели в аэродинамической трубе показана на рис. 1. Измерение донного давления было проведено на четырех

Схема устаноВш модели і аэродинамической труде ГГ-1

Датчик,

Модель с, Держадка ' /. Ж

—► 1; 10В аХ".—V

Центральный узел поШски

Рис. 1

моделях (рис. 2). Модель № 1 представляла собой тело вращения цилиндрической формы с удлинением //2) = 0,5 (/ — длина, О — диаметр цилиндра). Переход от плоской носовой части к цилиндрической боковой поверхности был выполнен в виде острой кромки. Модели № 2 и № 3 имели скругленный переход с относительными радиусами г/2) = 0,143 и 0,286. Форма носовой части этих двух моделей в центре была плоской со скругленным переходом от носовой части к цилиндрической. Модель № 4 имела радиус скругления, равный г/2) = 0,5. Носовая часть выполнена в виде полусферы. Хвостовая часть моделей заканчивалась плоским донным срезом, перпендикулярным к продольной оси цилиндра. Модели устанавливались на

Геометрические параметри модемі

Рис. 2

хвостовой донной цилиндрической державке с диаметром Л/2) = 0,357 и длиной / = 7,02) при нулевом угле атаки. Внутренний диаметр хвостовой державки и диаметр приемного отверстия определялись из условия обеспечения минимального времени демпфирования.

Проведенные ранее эксперименты при числе Мте =11,8 показали, что при относительных длинах цилиндрической части хвостовой державки //I) >4,0 центральный узел жесткой подвески не оказывает влияния на донное давление модели № 1. Относительный диаметр цилиндрической части хвостовой державки сЦБ оказывает существенное влияние на донное давление модели № 1, при этом с увеличением относительного диаметра цилиндрической части хвостовой державки донное давление возрастает. Экстраполирование зависимости Рл = /(^/2)) от й/Б = 0,357 до *//2) = 0 донного давления модели № 1 уменьшается примерно на 8%. Однако поправки на влияние относительного диаметра хвостовой державки <^/2) в настоящие результаты испытаний не вводились. При измерении давления в пяти дренажных точках вдоль радиуса донной поверхности модели № 1 при числе Мю =11,8 было установлено, что уровень давления практически не изменяется от центра донной поверхности к ее краю. Постоянство давления вдоль радиуса донной поверхности может быть следствием сжатия, которое следует за перерасширением гелиевого потока при обтекании передней угловой острой кромки модели N9 1.

Донное давление измерялось в одной точке на державке у донного среза моделей. Для измерения донного давления использовались малогабаритные индуктивные датчики.

Эксперименты проводились на коническом сопле с полууглом раствора 6\ При обработке экспериментальных данных влияние градиента числа Мда не учитывалось. Числа Мм в рабочей части аэродинамической трубы изменялись от 11,8 до 28,0 (путем установки вставок с различным диаметром критического сечения), а числа Рейнольдса (Ке0), подсчитанные по параметрам набегающего потока и диаметру

модели, от 0,135 • 106 до 0,278 • 106. Рабочим газом служил гелий.

Результаты экспериментов показали, что увеличение радиуса скругления передней угловой кромки у тела вращения малого удлинения приводит к уменьшению донного давления практически по линейному закону. Так, с увеличением радиуса скругления передней угловой кромки тела от г/2) = 0 до г/2) = 0,5 относительная величина донного давления Р^/Раа тела вращения при числе Мда = 28,0 уменьшалась примерно на 23% (см. рис. 3). Такое же уменьшение донного давления за счет скругления передней угловой кромки тела наблюдается и при других числах Мда. Обнаруженная линейная зависимость донного давления от радиуса сзфугления передней угловой кромки тела при фиксированных числах М*. потока может быть выражена приближенными формулами (см. рис. 3).

На рис. 4 приведена зависимость относительной величины донного давления Рл/Рп от числа Мд, набегающего потока для двух предельных форм тела вращения с острой передней угловой кромкой (модель МЬ 1) и со скругленной передней угловой кромкой (модель № 4). Можно видеть, что с увеличением чисел М,,, относительная величина донного давления рл/рю возрастает пропорционально М2 и может быть выражена простыми формулами:

Ря/Рт = 0,0195 • М2— для тела с плоской носовой частью; (1) Ря/Р» ~ 0,0145 • М2— для тела с полусферической носовой частью. (2)

Расчет относительной величины донного давления по формулам (1) и (2) удовлетворительно согласуется с экспериментальными данными. Как показывают оценки, ошибки расчета по этим формулам не превосходят гонрешносги измерения донного давления, которая в данных испытаниях составляла ± 7%.

ЛИТЕРАТУРА

1. Аэродинамика тел вращения малого удлинения.—Обзор БНТИ ЦАГИ.—1972, № 371.

2. Fraasa D. An experimental investigation of hypersonic flow over blunt-nosed bodies at a Mach number of 5,8 // GALCIT Report.—1957, N 2.

3. Cassanto J. М., Mendelson R. S. Local flow effect on base pressure//AIAA J.—1968, vol. 6, N 6.

4. Артонкин В. Г. Влияние удлинения цилиндра на его донное давление при пшерзвуковых скоростях // Ученые записки ЦАГИ.—1976. Т. 7,

№ 1.

Рукопись поступила 8/XII1992 г.