Введение к работе
Актуальность темы. К числу наиболее сложных и актуальных проблем аэрогазодинамики относятся задачи, связанные с анализом воздействия различных возмущающих факторов на турбулентный пограничный слой. В общем случае такие взаимодействия сопровождаются его отрывом с глобальной перестройкой как внешнего, Так и пристенного течения, что может заметно влиять на аэродинамические характеристики летательных аппаратов, приводить к появлению областей повышенных тепловых потоков и пульсаций различных параметров. Реальные пристенные течения являются, как правило, существенно трехмерными и неравновесными. Возможности численного моделирования таких течений сильно ограничены. Поэтому познание их свойств, а, также развитие эффективных расчетных моделей возможно лишь на основе углубленных экспериментальных исследований.
Целью работы является систематическое экспериментальное исследование турбулентных отрывных течений, возникающих, при двумер-. ном взаимодействии предварительно возмущенного волнами разрежения, пограничного слоя с косым скачком уплотнения в угле сжатия, особенностей релаксации таких слоев при различной последовательности возмущений, а также пространственного отрыва в окрестности скользящих скачков уплотнения.
Научная новизна работы состоит в следующем:
-
Впервые проведены систематические экспериментальные исследования последовательного взаимодействия турбулентного пограничного слоя с волнами разрежения и скачком уплотнения в окрестности наклонных уступов.
-
Установлено и объяснено влияние предварительного воздействия волн разрежения в окрестности излома поверхности на отрывные сзойства турбулентного пограничного слоя.
-
Выявлены некоторые закономерности влияния различной последовательности взаимодействия турбулентного пограничного слоя с волнами разрежения и скачками уплотнения на особенности его дальнейшей релаксации.
-
Получены новыэ экспериментальные данные о свойствах течения в области взаимодействия турбулентного пограничного слоя с пространственными скользящими скачками уплотнения в окрестности стреловидных килей.
-
Развиты новые представления об этапах формирования пространственного отрыва в окрестности скользящих скачков и установлена их взаимосвязь с характерными для двумерных прямых скачков. Доказано, что основной причиной реверса вторичного отрыва является ламинарно-турбулентный переход в возвратном течении.
-
На основе двумерных аналогий, теории свободного взаимодействия и полученных экспериментальных обобщений развита методика расчета распределения давления вблизи стреловидных килей.
Научная и практическая ценность. Получена обширная информация о характеристиках сверхзвуковых турбулентных отрывных течений в окрестности дву- и трехмерных препятствий, которая существенно расширяет представления о закономерностях их развития. Эта информация может быть использована при проектировании и уточнении условий обтекания различных элементов современных летательных аппаратов. Материалы исследований переданы в ряд КБ для практического использования.
На основе полученных обобщений предложена методика расчета распределения давления и геометрических параметров течения в зонах взаимодействия скользящих скачков уплотнения с турбулентным пограничным слоем.
Результаты работы используются для развития различных мето-.дов расчета турбулентного отрыва.и включены в международный банк экспериментальных данных, создаваемый в соответствии с соглашением между ИТПМ СО АН СССР, а также Пеннсильванским и Роджерским университетами США.
На защиту выносятся:
результаты систематических экспериментальных исследований газодинамики развития двумерных турбулентных, отрывных течений и характеристик пограничного слоя при сверхзвуковом обтекании наклонных уступов в широком диапазоне изменения определяющих параметров, а также выводы и обобщения, сделанные на этой основе;
результаты экспериментальных исследований пространственного взаимодействия скользящих скачков.уплотнения с турбулентным пограничным слоем в окрестности стреловидных килей, а также обобщения и методика расчета распределения давления, развитые на этой основе.
Апробация работы и публикации. Основные материалы диссертации представлялись на международных и всесоюзных конференциях, в
том числе: 21-ой ежегодной конференции Общества инженерных наук, США, Блэксбург, 1984; ИЮТАМ Симпозиуме по ламинарно-турбулентно-му переходу, СССР, Новосибирск, 1984; 1-ой конференции по механике "Результаты научных исследований и достижения многостороннего сотрудничества Академий наук социалистических стран", ЧССР, Прага, 1987; ИЮТАМ Симпозиуме по отрывным течениям и струям, СССР, Новосибирск, 1990; Всесоюзной конференции по проблемам турбулентных течений, %аноз, 1984; Всесоюзной конференции "Экспериментальные исследования и математические модели физико-химических процессов в сплошных средах", Харьков, 1985; Шестом всесоюзном съезде по теоретической и прикладной механике, Ташкент, 1986; ІУ Всесоюзной школе по методам аэрофиэических исследований, Новосибирск, 1986; IX Всесоюзной школе по моделям механики сплошной среды, Новосибирск, 1987; Всесоюзном семинаре "Отрывные и струйные течения',' Новосибирск, 1988.
Результаты выполненных исследований опубликованы в /Г- 15/ и вошли в работу коллектива авторов, удостоенную диплома на конкурсе фундаментальных исследований СО АН СССР в 1987 г.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и приложений с дополнительными рисунками и описанием методики расчета распределения давления в областях взаимодействия. Полный объем - 312 стр., в том числе 145 . стр. машинописного текста, 127 стр. рисунков и список литературы из 245 наименований.