ИСТИНА

Обтекание каверн (выемок) на поверхности тел является важной задачей в аэродинамике и часто встречается на практике. В ряде случаев возможно существование различных режимов течения при одинаковых физических и геометрических параметрах. На таких режимах имеет место аэродинамический гистерезис. Область гистерезиса особенно интересна тем, что с помощью низкоэнергетического воздействия на течение можно вызвать перестройку от одного режима течения к другому. При этом могут существенно изменяться значения аэродинамических сил и моментов, действующих на обтекаемое тело. Известно, что при сверхзвуковом обтекании кольцевой каверны на осесимметричном теле в зависимости от параметров потока и геометрических параметров каверны реализуются так называемые «открытая» или «замкнутая» схемы течения. Открытая схема характеризуется наличием во всей области каверны дозвукового циркуляционного течения, которое отделено от внешнего сверхзвукового потока слоем смешения, простирающегося от передней до задней кромки каверны. При увеличении относительной длины каверны слой смешения разрушается, внешний сверхзвуковой поток присоединяется к поверхности дна каверны, в каверне образуются две изолированные области отрыва у переднего и заднего уступов, а во внешнем поле возникают интенсивные скачки уплотнения. В реальных условиях обтекание осесимметричных тел происходит под углом атаки, при этом нарушается осесимметричная структура течения в каверне. Из-за взаимного влияния через дозвуковые области каверны наветренного и подветренного потоков около тела реализуется сложная структура течения. Обсуждаются результаты экспериментального исследования сверхзвукового обтекания осесимметричного тела с кольцевой каверной. Экспериментальная модель представляла собой цилиндрический корпус диаметром 64 мм, снабженный коническим наконечником с углом полураствора 20 градусов, на поверхности цилиндра на расстоянии 14 мм за конусом расположена кольцевая каверна глубиной h = 9.5 мм. Протяженность L каверны варьировалась в диапазоне L/h = 6-16 с шагом 2, при этом общая длина модели была равна 304 мм. Эксперименты проводились в аэродинамической трубе А-8 НИИ механики МГУ при числе Маха М = 2.5 и числе Рейнольдса Re = 2.34x106, вычисленном по диаметру цилиндрического корпуса модели. При нулевом угле атаки (α = 0°) и варьировании удлинения каверны L/h наблюдались либо открытая (при L/h < 10), либо замкнутая (L/h > 14) схемы течения. В области гистерезиса при L/h = 12 возможны обе схемы обтекания, рис.(а, б). Замкнутая схема (а) возникала при запуске трубы и сохранялась при изменении углов атаки в диапазоне от 0 до α = α* ≈ 2-4 град. Превышение этого критического значения приводило к перестройке сначала к открытой схеме типа (б), а затем (при α>8°) - к комбинированной пространственной схеме, имеющей черты замкнутой схемы на наветренной стороне и открытой схемы на подветренной стороны каверны. Возврат из этого положения к малым и нулевому углам атаки приводил к образованию открытой схемы обтекания, которая затем сохранялась при любых повторных отклонениях тела из нулевого положения по углу атаки. Данное явление представляет большой интерес для верификации численных моделей, претендующих на адекватное описание отрывных течений. Работа выполнена в рамках проектов РФФИ 12-01-00985 и 13-01-00966.