Влияние выемки на аэродинамические характеристики сильно затупленных тел при сверхзвуковой скорости

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ

Том XIX 1988 № 6

УДК 533.6.011.5 : 629.7.024.36

ВЛИЯНИЕ ВЫЕМКИ НА АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ СИЛЬНО ЗАТУПЛЕННЫХ ТЕЛ ПРИ СВЕРХЗВУКОВОЙ СКОРОСТИ

И. И. Амарантова, В. Г. Буковшин, В. И. Шустов

Приведены результаты экспериментальных исследований влияния выемки в лобовой части сильно затупленных тел на аэродинамические характеристики при углах атаки от 0 до 14°. Эксперименты проведены в СВерХЗВуКОВОМ ПОТОКе При ЧИСЛе М„о«4 И Ивоо в= 1,3- 10е.

Получено заметное влияние формы выемки на все аэродинамические характеристики. Для некоторых моделей экспериментальные данные сравниваются с расчетными.

1. Считается, что из известных тел наибольшим сопротивлением обладает плоский круглый диск, установленный своей плоскостью навстречу потоку. Однако замечено, что если тупое тело с плоской поверхностью имеет некоторую выемку, то сопротивление этого тела больше, чем сопротивление аналогичного тела без выемки.

В работах [1, 2] расчетным путем получено сопротивление для тел с обратным конусом большее, чем при плоской фронтальной поверхности. Это было подтверждено экспериментально в работах [3, 4]. При измерении давления в гиперзвуковом потоке у круглого насадка, имеющего в центре отверстие определенного диаметра, наблюдалось давление, равное давлению за прямым скачком уплотнения. Таким образом, все это свидетельствует о том, что осесимметричные тела с выемкой на переднем торце, могут иметь коэффициент сопротивления больше, чем тело с плоской поверхностью. Правда, обтекание таких тел может быть нестационарным, что наблюдалось в работе [5].

Возник вопрос, какая форма выемки наиболее значительно может повлиять на аэродинамические характеристики тел.

С этой целью были проведены экспериментальные исследования аэродинамических характеристик тупых тел с выемками разной формы в диапазоне углов атаки 0—14° при сверхзвуковой скорости, характеризуемой числом Мсо=4,0-6 и Re,*. » = = 1,3-10'. Число Reo« в рассчитано по параметрам невозмущенного потока и диаметру миделя модели.

2. Экспериментальные исследования проведены на моделях сильно затупленных тел с выемками разной конфигурации головной части тела. Выемки были следующих форм: цилиндрической, сферической (касательная сфера), конической с полууглами раствора ¡5=120° и 90°. Боковая поверхность моделей (кроме модели с цилиндрической выемкой) выполнена в виде усеченного конуса с полууглом раствора 0=17-^20°. Схемы исследованных моделей приведены на рис. 1, а основные геометрические параметры приведены в табл. 1.

Диаметр миделя модели равнялся £>=40 мм.

Экспериментальные исследования проведены в сверхзвуковой аэродинамической трубе при числе Моо = 4,06 и Re,x, в=1,3-106.

Аэродинамические силы и моменты измерялись на трехкомпонентных весах. Аэродинамические коэффициенты сх, су, mz рассчитаны с использованием скоростного напора и площади миделя модели. Коэффициент момента mz рассчитан относительно точки, являющейся пересечением осевой линии модели с плоскостью переднего среза модели. Донное давление предполагалось постоянным и равным давлению, измеренному в камере обтекателя весов и принималось действующим на площадь миделя модели.

Схема исследованных моделей

Цилиндрическая

выемка.

Сферическая

быепка

Плоений

торец

На рис. 2 приведены экспериментальные зависимости сх =/(а),с =/(а), тг =

а уа

= /(а) для круглого торца и модели со сферической выемкой без поправок на донное давление. Из данных зависимостей видно, что сферическая выемка оказывает заметное влияние на все аэродинамические коэффициенты. Аналогичное влияние оказывают и другие формы выемок. На рис. 3 проведено сравнение зависимостей сх=/(а) для всех исследованных форм выемок моделей. Значения сх даются без силы, получающейся за счет донного давления, т. е. сХд=0. Экспериментальные данные сравниваются с расчетными, полученными по теории Ньютона и по методу интегральных соотношений [2]. Из рис. 2 и 3 видно, что аэродинамические коэффиценты плоского торца, полученные в эксперименте, удовлетворительно согласуются с результатами расчетов по работе [12] во всем исследованном диапазоне углов атаки. Результаты расчета, полученные по методу Ньютона оказываются завышенными.

Таблица 1

№ модели Форма выемки Глубина выем-_ / ки 1 — £> Максимальный диаметр выемки _ Сі

1 Цилиндрическая 0,286 0,95

2 Сферическая 0,375 1.0

3 Коническая 0,286 1.0 .

4 Круглый торец 0 —

'В табл. 2 даны экспериментальные значения сх для рассматриваемых тел при нулевом угле атаки, отнесенные к сх для тела без выемки с затуплением в виде круглого торца. Видно, что наибольшее увеличение коэффициента продольной силы по сравнению с коэффициентом сх для круглого торца у модели со сферической выемкой. Различие составляет —8%.

*ха

1,5

1,0

И " 5° " 1,0°

-----расчет для торца по [?]

эксперимент о плоский торец а со сферической Выемкой

Рис. 2

Сх

2,0

1.5

Л/«,“# ;Яе=1,310

л

5° 10° к

Расчет для торца.

----по Ньютону ;---------по раІЇоте\2\ эксперимент

• плоский торец о цилиндрическая Выемка.

6 X коническая сферическая Рис. 3 // Таблица 2

Тело Круглый торец Цилиндри- ческая выемка Коническая выемка Сферичес- кая выемка

сх 1 1,03 1,062 1,081

Таким образом, результаты исследований показали, что форма выемки на силь но затупленных телах может оказывать заметное влияние на аэродинамические коэф фициенты. Этот эффект сохраняется во всем исследованном диапазоне углов атаки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Чушкин П. И. Отошедшая ударная волна перед клином или' конусом. — Ж. вычислит, матем. и матем. физика, 1974, т^ 14, № 6.

2. Ч у ш к и н П. И. Конус с малым затуплением в сверхзвуковом потоке под углом атаки. — Ж- вычислит, матем. и матем. физика, 1980, т. 20, № 6.

3. Амарантова И. И., Буковшин В. Г., Шустов В. И. Экспериментальные исследования обтекания острых конусов с околокри-тическими и закритическими углами раствора. — Ж. изв. Акад. наук СССР, Механика жидкости и газа, 1978, № 2.

4. Амарантова И. И., Буковшин В. Г., Шустов В. И. Исследование обтекания конусов с большими полууглами раствора. — Ученые записки ЦАГИ, 1987, № 2.

5. Ш у с т о в В. И. Экспериментальное исследование влияния числа Ие на характер обтекания осесимметричных тел с выемкой в носовой части.— Ученые записки ЦАГИ, 1973, т. 4, № 3.

Рукопись поступила 23/VI 1987