Экспериментальное исследование сверхзвукового трехмерного обтекания осесимметричного тела с кольцевым выступом на поверхности

Экспериментально исследовано сверхзвуковое обтекание заостренного на конус осесимметричного цилиндрического тела с выступом в форме прямой кольцевой ступеньки на поверхности под углом атаки. Испытания проведены в аэродинамической трубе А-7 НИИ механики МГУ при числе Маха М = 3. На основе данных визуализации структуры течения и измерения давления на поверхности выступа рассмотрена эволюция структуры обтекания при изменении протяженности тела перед выступом под разными углами атаки. Выявлены режимы течения, когда на подветренной стороне выступа наблюдается парадоксальное повышение давления по сравнению с таковым на наветренной стороне. Это явление можно объяснить развитием поперечного отрыва пограничного слоя с последующим образованием вихревой пары вблизи подветренной стороны. Вихри вызывают поперечный отток газа в двух противоположных направлениях от плоскости симметрии. Как следствие, на подветренной стороне высоконапорный поток проникает в область отрыва.

Литература

[1] Чжен П. Отрывные течения. В 3 т. Т. 2. Москва, Мир, 1973. 280 с.

[2] Любимов А.Н., Тюмнев Н.М., Хут Г.И. Методы исследования течений газа и определения аэродинамических характеристик осесимметричных тел. Москва, Наука, 1995. 397 с.

[3] Хлебников В.С. Аэротермодинамика элементов летательных аппаратов при стационарном и нестационарном сверхзвуковом обтекании. Москва, Физматлит, 2014. 168 с.

[4] Запрягаев В.И., Кавун И.Н. Экспериментальное исследование возвратного течения в передней отрывной области при пульсационном режиме обтекания тела с иглой. Прикладная механика и техническая физика, 2007, т. 48, № 4, с. 30–39.

[5] Бедарев И.А., Федорова Н.Н. Турбулентные отрывные течения при различных числах Маха. Математическое моделирование, 2000, т. 12, № 8, с. 57–68.

[6] Zheltovodov A.A. Some advances in research of shock wave turbulent boundary layer interactions. Collection of Technical Papers – 44th AIAA Aerospace Sciences Meeting, 2006, vol. 8, pp. 5990–6014.

[7] Фомин В.М., Постников Б.В., Ломанович К.А. Изменение режимов обтекания прямого уступа сверхзвуковым потоком введением газопроницаемых вставок. Письма в ЖТФ, 2015, т. 41, вып. 18, с. 68–73.

[8] Кравцов А.Н., Мельничук Т.Ю. Влияние формы носовой части на аэродинамическое сопротивление сверхзвукового летательного аппарата с коническим хвостовым стабилизатором. Ученые записки ЦАГИ, 2011, т. XLII, № 4, с. 38–48.

[9] Ковалев П.И., Михалев А.Н., Подласкин А.Б., Томсон С.Г., Ширяев В.А., Исаев С.А. Исследование аэродинамических свойств и поля обтекания гиперскоростных элементов на баллистической трассе. Журнал технической физики, 1999, т. 69, вып. 12, с. 6–11.

[10] Головачев Ю.П., Леонтьева Н.В. Численное моделирование асимметричного и нестационарного турбулентного обтекания острых конусов сверхзвуковым потоком. Журнал технической физики, 2001, т. 71, вып. 12, с. 30–33.

[11] Башкин В.А., Егоров И.В., Иванов Д.В., Пафнутьев В.В. Острый круговой конус в сверхзвуковом потоке вязкого совершенного газа. Ученые записки ЦАГИ, 2003, т. XXXIV, № 3–4, с. 3–16.

[12] Гувернюк С.В., Симоненко М.М. О сверхзвуковом обтекании кольцевого выступа на осесимметричном теле под углом атаки. Матер. XXVIII науч.-техн. конф. по аэродинамике. Сб. тр., пос. Володарского, 20–21 апреля 2017, Жуковский, Изд-во ЦАГИ, 2017, с. 107–108.

[13] Кузьмин А.Г., Симоненко М.М. Особенности сверхзвукового обтекания осесимметричного тела с выступом под углами атаки. Экспериментальные и теоретические исследования в современной науке. Сб. ст. по матер. I междунар. науч.-практ. конф., Новосибирск, 14–23 августа 2017, Новосибирск, СибАК, 2017, № 1(1), с. 84–89.

[14] Черный Г.Г., ред., Зубков А.И., Панов Ю.А. Аэродинамические установки Института механики Московского университета. Москва, Изд-во МГУ, 1985. 44 с.

[15] Tuling S., Dala L., Toomer C. Some compressibility effects on the lee side flow structures of cruciform wing-body configurations with very low aspect ratio wings. Aerospace Science and Technology, 2013, no. 29, pp. 373–385.