Экспериментальное исследование несущих свойств затупленных конусов на малых углах атаки при гиперзвуковых скоростях

________УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦА Г И

Т о м XI 19 80

№ 6

УДК 533.6.011.5

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ НЕСУЩИХ СВОЙСТВ ЗАТУПЛЕННЫХ КОНУСОВ НА МАЛЫХ УГЛАХ АТАКИ ПРИ ГИПЕРЗВУКОВЫХ СКОРОСТЯХ

В. Г. Буковинін

Приведены результаты экспериментального исследования влияния затупления на несущие свойства затупленного конуса с полу-углом раствора 10 при числах М = 4; 5; 7; 8 на небольших углах атаки (от —2 до -2"). Полученные экспериментальные зависимости для С* и С* от радиуса затупления сравниваются с имеющимися в литературе данными о результатах точных и приближенных расчетов.

1. В работе [1] путем расчетного исследования для затупленного кругового конуса с полууглом раствора 10: при числе М набегающего потока М=15 было показано, что небольшое сферическое затупление кругового конуса приводит к заметному увеличению его подъемной силы на небольших углах атаки по сравнению с подъемной силой острого конуса на тех же углах атаки. В работе [2] этот расчетно-теоретический результат был качественно подтвержден экспериментально при числе М = 6 для затупленных круговых конусов с полууглами раствора ^=10 и 15°. Однако оказалось, что величина прироста коэффициента нормальной и подъемной сил на малых углах атаки, полученная экспериментально при числе М % 6, была существенно (примерно в два раза) меньше расчетной величины при числе М = 15. Такое значительное расхождение между расчетно-теоретическими и экспериментальными величинами прироста коэффициентов нормальной и подъемной сил могло быть объяснено влиянием как числа М, так и вязкости, поскольку результаты работы [1| получены для невязкого газа.

Настоящее исследование проведено с целью определения экспериментальным путем влияния числа М на величину приращения нормальной и подъемной сил затупленного кругового конуса для различных радиусов затупления на небольших углах атаки, причем особое внимание было уделено области малых радиусов затупления. Следует заметить, что параллельно и независимо от данной работы авторами работы [3] было проведено расчетное исследование аэродинамических характеристик затупленных конусов в широком диапазоне чисел М и радиусов затупления.

2. В данном экспериментальном исследовании использовались те же модели затупленных конусов с полууглом раствора 4=10*, что и в работе [2]. Диаметр основания всех конусов был'равен 40 мм, а безразмерные (отнесенные к радиусу основания) радиусы г сферических затуплений носовых частей конусов были 0; 0,05; 0,08; 0,105; 0,155; 0,205; 0,389; 0,5; 0,7; 1,015. Поверхности сферических затуплений гладко (с обшей касательной) сопрягались с поверхностью конусов.

Исследования проводились в сверхзвуковой аэродинамической трубе при числах М = 4; 5; 7; 8 в диапазоне изменения углов атаки а от —2° до 'Г через

0.5°. Нормальная и касательная к оси модели составляющие силы, действующей на модель, измерялись с помощью тензометрическнх весов. Наряду с измерением составляющих аэродинамической силы проводилось также измерение донного давления. При обработке результатов измерений для получения безразмерных аэродинамических коэффициентов С„, Су и С. за характерную площадь принималась площадь основания конуса.

Так как в исследованном диапазоне изменения чисел М и углов атаки оказалось, что изменение аэродинамических коэффициентов С„ и Су по углам атаки имеет практически линейный характер, то представляется целесообразным результаты экспериментального исследования представить в виде зависимостей производных и Су|в=о от безразмерного радиуса затупления г для каж-

дого исследованного числа М. В качестве величины С^!а=0 для каждого числаМ принимался коэффициент линейной регрессии, уравнение которой, т. е. коэффициент регрессии и свободный член регрессии, определялось по полученным значениям С„ на всех углах атаки с использованием принципа наименьших квадратов. По полученным значениям С“'в_0 определялась производная £у|«=о НО формуле = £я|«=о — С-- Здесь С. — коэффициент тангенциальной силы, по-

лученный по измеренной весами тангенциальной силе и исправленный на донное давление (донное давление принимается равным статическому давлению в невозмущенном потоке, т. е. коэффициент донного давления СРд = 0).

3. Полученные в данном экспериментальном исследовании зависимости С*!а_.о от безразмерного радиуса сферического затупления носовой части конусов для чисел М = 4; 5; 7; 8 и соответствующие им значения числа Рейнольдса, вычисленные по диаметру основания модели и параметрам набегающего потока, приведены на рис. 1. Здесь же для сравнения приведены экспериментальные значения С^ ,_о при М = 6, взятые из работы (2], а также расчетные зависимости С’|3_0 = /(/") при числах М = 4 и 8 (сплошные линии), полученные в работе [3] в результате численного интегрирования уравнений, описывающих обтекание затуплен-

Рис. 1

10— . Ученые записки ЦАГИ" .V 6

131

ного кругового конуса под углом атаки,

и зависимость С*|ї-0 = 2 cos2

Хсо*3^, соответствующая теории Ньютона (пунктирная линия). Из приведенного

сравнения видно, что результаты работы [2] хорошо согласуются с результатами данной работы. Результаты данного экспериментального исследования вполне удовлетворительно согласуются при числе М =8 и несколько хуже при числе М = 4 с результатами численных расчетов работы |3]. Теория Ньютона оказывается несостоятельной для описания зависимости С“|1=0 от г, согласующейся с опытом.

Область, в которой значения нормальной силы затупленных конусов превосходят значения нормальной силы острого конуса (/-=0), определяется примерно неравенством 0<г<~0,07. Из результатов опыта в исследованном диапазоне чисел М следует, что увеличение нормальной силы затупленных конусов при небольших радиусах затупления тем больше, чем больше число М. При г >0,07 происходит резкое уменьшение нормальной силы затупленных конусов, минимум С*|а=;й достигается при максимальном радиусе затупления.

На рис. 2 приведены значения С’|а=0 = /(г), полученные как в данной работе, так и в работе [2], а также расчетные зависимости, полученные в работе (3] при числах М = 4 и 8 (сплошные линии), и зависимость C“js_0 = 2[cos2? — —/•scos4S|, соответствующая теории Ньютона (пунктирная линия). Как и для С*|в=0. максимальное увеличение несущих свойств затупленного конуса по сравнении с острым в опыте достигает примерно 5% при числах М=8 и г = 0,08, при меньших значениях числа М увеличение несущих свойств меньше. Область, в которой наблюдается увеличение подъемной силы затупленных конусов на малых углах атаки по сравнению с подъемной силой острого конуса, определяется соотношением 0<г<~0,07. Экспериментальные значения Су|„_0вполне удовлетворительно согласуются с результатами расчетов работы (3] при числе 1^ = 8. Теория Ньютона не дает достаточно надежного описания зависимости

<^=о=/(г).

На рис. 3 приведено изменение максимальных значений C’jJ=0 по числам М как экспериментальных (данной работы и работы [2) при числе М=6), так и рассчитанных в работе 13] с использованием полных уравнений (сплошная линия), а также максимального значения С*|а_0, полученного в работе [1] при числе М = 15 с использованием линеаризованных уравнений. Из приведенного сравнения видно, что совпадение экспериментальных значений с расчетными

вполне удовлетворительное. Так как вычисленные значения С*|ав0 в [1] и [3) получены без учета влияния вязкости, то из вполне удовлетворительного совпадения экспериментальных и вычисленных максимальных значений С’|в=0 следует, что в исследованном диапазоне чисел Рейнольдса влияние вязкости на максимальное значение С*)1=0 мало.

ЛИТЕРАТУРА

1. Вг о n g Е. А., Е de 1 f е 11 G. Н. A flow field about a spherically blunted body of revolution at small yaw in hypersonic stream. JAS Paper,

N 62-181.

2. A m a p а н т о в а И. И., Буковшин В. Г., Шустов В. И. О влиянии сферического затупления на аэродинамические характеристики круговых конусов при гиперзвуковых скоростях. .Ученые записки ЦАГИ*, т. 6. № 1, 1975.

3. Н е р с е с о в Г. Г., Ш у с т о в В. И. Некоторые особенности аэродинамических характеристик затупленных конусов при сверхзвуковых скоростях. Труды ЦАГИ, вып. 1727, 1975.

Рукопись поступила 17; VI/ 1979 г.