Влияние степени затупления конуса на его донное давление при гиперзвуковых скоростях Текст научной статьи по специальности «Физика»

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦА Г И Том VIII 19 77

№ 2

УДК 533.69.013.12:629.7.024.8

ВЛИЯНИЕ СТЕПЕНИ ЗАТУПЛЕНИЯ КОНУСА НА ЕГО ДОННОЕ ДАВЛЕНИЕ ПРИ ГИПЕРЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ

В. Г. Артоншн,

Приведены результаты экспериментального исследования донного давления за конусами с различными сферическими затуплениями при нулевом угле атаки. Показано, что абсолютная величина донного давления зависит от степени затупления конуса. Получены приближенные формулы для расчета донного давления за конусами при гиперзвуковых скоростях в гелиевом потоке. Дано сравнение величин донного давления за различными телами (конус, полусфера и цилиндр).

Известно, что изменение геометрии конуса может приводить к существенному изменению его донного давления. Так, в работе [1] исследовано влияние величины угла при вершине конуса на его донное давление при гиперзвуковых скоростях. В работах [2—4] рассмотрено влияние сферического затупления конуса на его донное давление в воздушной среде при сверхзвуковых скоростях. В настоящей работе приведены результаты исследования влияния степени затупления конуса на его донное давление при гиперзвуковых скоростях.

Исследование проводилось на моделях круговых конусов с полууглами при их вершине, равными 6 = 5 и 10°. Затупленная носовая часть каждого конуса была выполнена в виде сферической поверхности с относительным радиусом сферы „относительным затуплением” г — г1Я, равным 0; 0,214; 0,286; 0,428; 0,571; 0,715; 0,857 и 1,0 (г — радиус сферы, Н —радиус донного среза конуса).

Модели устанавливались на хвостовой цилиндрической державке с диаметром й — 0,357 и длиной / = //£> = 7,0, где Г> — диаметр донного среза конуса (0=2/?).

Донное давление измерялось в одной точке на державке у донной поверхности модели конуса. Для измерения донного давления использовались малогабаритные индуктивные датчики.

Эксперименты проведены на коническом сопле. При обработке экспериментальных данных влияние градиента числа не учитывалось. Исследования проведены при числах М00= 11,5; 17,9 и 21,9 и числах Кед= 0,197-106; 0,284-Ю6 и

0,21 ЫО6, подсчитанных по диаметру донного среза модели конуса. В качестве чисел бралось число М в носке каждой модели. Рабочим газом служил гелий.

Измеренные величины донного давления рл были отнесены к скоростному напору 9^, поскольку при такой обработке наблюдается лучшая корреляция (фиг. 1). Так для конуса с постоянным углом при вершине все экспериментальные точки в испытанном диапазоне чисел Мм и Ие можно аппроксимировать простым эмпирическим соотношением:

для конуса с полууглом при вершине 6 = 5°

Рд] Я о* = 0,004 + 0,0135 (/-//?) з; для конуса с. полууглом при вершине 6 = 10°

Рл1Яоо= 0,0056 + 0,0124 (г//?)з.

С помощью этих соотношений можно оценивать величины донного давления летательных аппаратов конической формы.

На фиг. 2 приведены экспериментальные значения относительного донного давления Рд/Рг# в зависимости от

степени затупления конуса г=г//?. Видно, что при нулевом угле атаки с увеличением степени затупления относительная величина донного давления возрастает, при этом донное давление у модели конуса с относительным затуплением г — 1,0 примерно в 3,5 раза больше, чем донное давление у модели острого конуса г — 0. Там же штриховой линией приведены результаты расчета по эмпирическому соотношению (1) для соответствующих чисел Мэд. Сравнение экспериментальных и расчетных зависимостей показывает, что ошибки расчета достигают + 10%.

Необходимо иметь в виду, что при расчете донного давления по эмпирическому соотношению (1) число Мм является одним и тем же для конуса со всеми затуплениями, тогда как при обработке экспериментальных данных для каждой степени затупления взято свое число Мм.

Величина полуугла при вершине конуса оказывает заметное влияние на донное давление модели конуса [1]. Однако с увеличением степени затупления это влияние уменьшается и при относительном затуплении, равном г= 1,0, величина полуугла при вершине конуса практически не оказывает влияния на донное давление (см. фиг. 2).

РА

001

• ° пери- 1 Ч 17,9 ? мент Ж И Н 11.5 1 Ж

расчет по формуле (1

о

0.5

Фиг. 1

г = г/Я

Фиг. 2

Фиг. 3

На фиг. 3 приведены значения относительного донного давления рл/рв зависимости от числа Ми для модели конуса с относительным затуплением г— 1,0 для различных полууглов при вершине конуса (0 = 0; 5 и 10°). Донное давление за конусом с относительным затуплением г= 1,0 в несколько раз превосходит давление в невозмущенном потоке. Донное давление за моделью полусферы (0 = 0) при числе М00 =28 в 12 раз превосходит давление в невозмущенном потоке. С увеличением чисел Мм относительная величина донного давления возрастает пропорционально и может быть выражена приближенной эмпирической формулой

Рл1Рзо^ 0,0145М^. (2>

На этом же графике (см. фиг. 3) для сравнения показаны значения величин донного давления за цилиндром [6] и за конусом с полууглом при вершине 0 = = 40° [1]. Видно, что для указанных тел наибольшее донное давление наблюдается за цилиндром с удлинением, равным 1,0.

На фиг. 4 при числе М00=17,9 приведены снимки спектров обтекания моделей конуса с различными относительными затуплениями.

Следует иметь в виду, что наличие державки в донной области оказывает влияние на донное давление модели конуса, однако это влияние находится в пределах погрешности измерения, которая в настоящих испытаниях составляла +7%.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ар тон кин В. Г. Влияние величины угла при вершине конуса на его донное давление при гиперзвуковых скоростях „Ученые записки ЦАГИ”, т. 4, № б, 1973.

2. Артонкин В. Г., Л е у т и н П. Г., Петров К. П., Столяров Е. П. Аэродинамические характеристики острых и притупленных конусов при дозвуковых и сверхзвуковых скоростях. Труды ЦАГИ, вып. 1413, 1972.

3. Larin N. A. Base pressure measurements on sharp and Blunt 9“ Cones at Mach Numbers from 3,5 t° 9,2, A1AA J., 1966, v. 4, N 12, 1965.

4. Cassanto M. Effect of cone angle and bluntness ratio on base presure. AIAA J., v. 3, N 12, 1965.

5. Maddalon D. V., Henderson A. Jr. Boundary layer transition at hypersonic Mach numbers. AIAA Paper, 67-130, 1967.

6. Артонкин В. Г. Влияние удлинения цилиндра на его донное давление при гиперзвуковых скоростях. „Ученые записки ЦАГИ", т. 7, № 1, 1976.

Рукопись поступила 5/V 1975 г.