Набегание ударной волны на клин, обтекаемый сверхзвуковым потоком

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ Ц А Г И Т о м IV 19 7 3

№ 3

УДК 533.011:534.222.2

НАБЕГАНИЕ УДАРНОЙ ВОЛНЫ НА КЛИН, ОБТЕКАЕМЫЙ СВЕРХЗВУКОВЫМ ПОТОКОМ

Ю. Ф. Маковский, Ф. В. Шугаев

Содержится описание экспериментального исследования падения ударной волны на клин с полууглом раствора 5°, находящийся в сверхзвуковом потоке, при числе М потока М, = 1,46 и падающей ударной волны Мо = 1,51. Приведены значения плотности газа в различных областях потока, полученные при помощи интерферометра.

Задача о взаимодействии ударной волны с клином, обтекаемым сверхзвуковым потоком газа, в линейном приближении рассматривалась в работах [1| (бесконечно тонкий клин) и [2] (слабая волна сжатия, падающая на клин). В статье |3] приведено численное решение задачи для случая, когда падающая ударная волна испытывает правильное отражение от поверхности клина.

В описываемой здесь работе экспериментально исследовалось набегание ударной волны на клин с полууглом раствора 5°, обтекаемый сверхзвуковым потоком. Направление движения волны совпадало с направлением потока, обтекающего клин. При этом падающая ударная волна испытывала маховское отражение от поверхности клина. Опыты проведены в двухдиафрагменной ударной трубе, в которой возникали две ударные волны. Поток за первой ударной волной создавал сверхзвуковое обтекание клина, после чего на него падала вторая ударная волна. Промежуток времени между приходом первой и второй ударных волн в рабочую секцию составлял 50— 150 мкс. Рабочим газом служил азот. Число М потока, обтекающего клин, М, = 1,46, число М волны, падающей на клин, М2 = 1,51. Скорости ударных волн измерялись с помощью пьезодатчиков. Для измерения плотности газа применялся интерферометр Маха—Цендера. Источником света интерферометра служил импульсный рубиновый ОКГ (оптический квантовый генератор) с модулированной добротностью. Были получены также теневые снимки процесса.

Типичная интерферограмма, снятая через 4,9 мкс после соударения падающей ударной волны с носком клина, приведена на фиг. 1. Здесь / — первоначальная волна на клине; 2— падающая ударная волна; 3, 4—ударные волны после взаимодействия; 5—ударная волна, образующаяся при установившемся обтекании клина потоком газа за второй ударной волной. В результате обработки экспериментальных данных было определено положение ударных волн после взаимодействия и найдено значение плотности в различных областях течения. Плотность рассчитывалась по формуле йр=Х5/(б£). Здесь X—длина волны света, излучаемого ОКГ (Х = 6943 А), к—постоянная Гладстона—Дэйла, I —длина пути луча, В—смещение интерференционной полосы.

Опыты показали, что плотность газа в пробке за первой и второй ударными волнами практически постоянна. Наблюдаемая около клина картина течения близка к автомодельной.

На фиг. 2 приведен теневой снимок процесса и показано положение ударных волн вблизи клина. Здесь же приведены значения плотности в разных

м, = 1,46;

Отношение

плотностей

Расчет

Эксперимент

1.31 1.3

1,88 1,8

2,36 2,2

2.91 2,6

— 2.5

Фиг. 2

областях потока и значения чисел М ударных волн. В результате взаимодействия падающей ударной волны АВ с головной волной АС образуются две новые ударные волны <40 и АО, между которыми возникает контактная поверхность АЕ. В наших условиях плотности газа за ударными волнами AD и АО практически совпадают, и контактная поверхность на снимках не заметна. Возмущенная область OEDFK, параметры течения в которой переменны, ограничена сверху ударной волной, исходящей из точки О. Область 5 соответствует обтеканию клина сверхзвуковым потоком с новым числом М. Расчетные и экспериментальные значения плотности в областях 1—5 хорошо согласуются. Расчет относится к совершенному газу при -(• = 1,4. В возмущенной области OEDFK плотность газа убывает в направлении от носка клина вниз по потоку. Вблизи поверхности клина это убывание составляет примерно 10%. Опыты показывают, что число М6 ножки маховской конфигурации ОК превышает число М2 падающей ударной волны. Скорость волны ОК в лабораторной системе координат меньше скорости набегающей волны АВ (v0K—Q,9bvAB).

ЛИТЕРАТУРА

1. Smyrl J, L. The impact of a shock wave on a thin two-dimensional aerofoil moving at supersonic speed. J. FI. Mech., vol. 15, 1963.

2. Тер-Минасянц С. М. Задача о дифракции плоской волны на клине, движущемся со сверхзвуковой скоростью. Доклады АН СССР, т. 155, № 4, 1964.

3. Ту газа ков Р. Я. Взаимодействие ударной волны с клином, движущимся со сверхзвуковой скоростью. .Ученые записки ЦАГИ“, т. И, № 2, 1971.

Рукопись поступила 24/VII 1972 г.