Аннотация:О СВЕРХЗВУКОВОМ ОБТЕКАНИИ КОЛЬЦЕВОГО ВЫСТУПА
НА ОСЕСИММЕТРИЧНОМ ТЕЛЕ ПОД УГЛОМ АТАКИ
С.В. Гувернюк, М.М. Симоненко (НИИ механики МГУ, Москва)
Отрывное обтекание прямых и обратных уступов на поверхности осесимметричных тел является важной задачей в аэродинамике и часто встречается на практике. В работе рассматривается сверхзвуковое обтекание прямой кольцевой ступеньки на цилиндрическом корпусе осесимметричного тела под углом атаки. Экспериментально выявлен режим, когда при увеличении угла атаки происходит парадоксальное превышение давления на подветренной стороне уступа по сравнению с давлением на наветренной стороне.
Экспериментальная модель включала цилиндрический корпус диаметром D=46 мм и установленную соосно с ним выдвижную штангу диаметром d=30 мм, рис.1. На свободном конце штанги устанавливался конический наконечник с углом полураствора 20°. Длина штанги L (расстояние между корпусом и основанием конического наконечника) варьировалась в диапазоне 56-160 мм. Для удобства интерпретации результатов введен безразмерный параметр λ=L/h, где h=(D-d)/2 – высота уступа. Эксперименты проведены в аэродинамической трубе А-7 НИИ механики МГУ. Рабочая среда – воздух с температурой торможения 270-275 К. Полное давление потока и число Маха в рабочей части трубы были P0 = 4.3×105 Па и М = 3.0 соответственно. Единичное число Рейнольдса Re1 = 3.7×107м-1.
Модель устанавливалась в рабочей части трубы на донной державке под нулевым углом атаки. После выхода трубы на рабочий режим производилось непрерывное увеличение угла атаки от 0 до 15°, затем модель возвращалась в исходное положение. В ходе экспериментов осуществлялась видеорегистрация шлирен-изображений картин течения. Регистрировалось давление на уступе на расстоянии h/2 от поверхности штанги, при этом преобразователи давления находились вне рабочей части трубы и были соединены с приемниками давления гибкими трубками длиной до 3м. Вследствие большой протяженности воздушного тракта высокочастотные пульсации давления сглаживались, и фактически регистрировалось осредненное по времени статическое давление на поверхности уступа.
На графиках (рис.1) безразмерное давление P отнесено к статическому давлению в потоке. На наветренной стороне уступа давление монотонно возрастает при увеличении угла атаки α и практически не зависит от λ. На подветренной стороне уступа при α<5° давление также слабо зависит от λ, но уменьшается при увеличении α, затем при α>5° кривые, соответствующие различным λ, расслаиваются. С увеличением угла атаки при λ=10 и 13 давление остается меньше исходного (для α=0) давления, а в случае λ=17 и 20 происходит повышение давления, причем при λ=20 давление на подветренной стороне (кривые b) существенно превышает давление на наветренной стороне уступа. Максимум давления на подветренной стороне достигается при угле атаки порядка 14°. Прямые (увеличение угла атаки) и обратные (уменьшение угла атаки) ветви графиков давления практически совпадают, что свидетельствует об отсутствии гистерезиса по углу атаки. Резкое изменение кривизны графиков P=f(α) для подветренной стороны уступа свидетельствует о перестройке структуры отрывного течения с изменением угла атаки. При этом на теневых картинах визуализации течения наблюдается система последовательных косых скачков уплотнения в подветренной области перед уступом, что может быть вызвано поперечным отрывом потока.
Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект 15-01-99623).
