Введение к работе
Предметом исследования является влияние вязкости жидкости на гидродинамические характеристики крыла бесконечного размаха в ограниченном и неограниченном потоках. Большинство задач теории крыла традиционно решается на основе теории невязкой жидкости. Однако в ряде задач, имеющих большое практическое значение, отказ от учета вязкости потока может привести к существенным ошибкам при определении гидродинамических характеристик (ГДХ) крыльевых систем (отрывное обтекание крыльев, обтекание крыла с механизацией, обтекание крыла при сравнительно небольших значениях числа Рейнольдса и др.). Для рассмотрения вязкостных эффектов и выяснения степени их влияния на ГДХ крыла наиболее простой и в то же время достаточно информативной задачей будет задача о стационарном обтекании крыла бесконечного размаха - крыльевого профиля. Особо можно выделить обтекание профиля крыла ограниченным потоком жидкости, так как отказ от рассмотрения вязкостных эффектов при исследовании обтекания крыльевого профиля на малых высотах полета может привести к весьма существенной погрешности при определении подъемной силы, и отрывное обтекание механизированного профиля, так как на верхней стороне сильно отклоненного закрылка могут возникать обширные области отрывного течения. Таким образом, разработка расчетной методики, предназначенной для решения задач теории крыла с учетом вязкости жидкости, является актуальной.
Актуальность работы связана с широким применением органов управления, для которых необходимо определять параметры механизированного профиля, такие как ширина и форма щели между профилем и
закрылком и др., с достаточной степенью точности. Актуальность другого направления проведенных работ - исследование влияния вязкости на обтекание профиля крыла у экрана и под свободной поверхностью жидкости (при больших числах Фруда) - не вызывает сомнений в связи с все более широким распространением аппаратов, движущихся в непосредственной близости от свободной поверхности воды (суда на подводных крыльях, суда с воздушной разгрузкой и экранопланы). Внимание уделено также влиянию вязкости на статическую устойчивость профилей крыльев экранопланов и устройствам управления пограничным слоем.
Целью работы являлось создание и апробирование методики расчета ГДХ изолированных крыльев и крыльев с механизацией в безграничной или ограниченной вязкой жидкости как для безотрывного, так и для отрывного течения, а также проведение на ее основе численных экспериментов, анализ полученных результатов и выработка соответствующих рекомендаций для расчетов ГДХ сложных судовых крыльевых систем.
Методы исследования - численные. Для решения уравнений гидродинамики невязкой жидкости применяется метод граничных интегральных уравнений; течение вязкой жидкости рассчитывается с помощью интегральных соотношений теории пограничного слоя. В работе проводится сопоставление используемого метода с существующими, а полученные результаты сравниваются с результатами других авторов (для случаев, где они имеются) и с результатами экспериментальных исследований.
Научная новизна работы состоит в создании единой методики и соответствующей ей программы для расчета в условиях двумерной задачи вязкой жидкости ГДХ крыльев, работающих в достаточно разнообразных условиях, а также в установлении на основе математического моделиро-
вания некоторых особенностей обтекания, не отмечавшихся ранее (при исследовании устойчивости профилей над экраном в потоке вязкой жидкости и исследовании обтекания сильно изогнутых S-образных профилей в безграничном потоке и при сравнении обтекания вязкой и невязкой жидкостью профилей различной формы под свободной поверхностью).
Применение метода возможно для расчетов ГДХ системы плоских крыльевых профилей с механизацией, обтекаемых установившимся ограниченным или безграничным отрывным или безотрывным потоком вязкой несжимаемой жидкости при докритических и околокритических углах атаки и значительных углах отклонения закрылка.
Практическая ценность работы заключается в том, что разработанный метод и программа позволяют рассчитывать ГДХ механизированных крыльевых профилей сложной формы в потоке вязкой жидкости с учетом различных факторов, проводить численные эксперименты и вырабатывать рекомендации, используемые в проектировании крыльевых систем.
На зашиту выносятся:
метод решения двумерной стационарной задачи об обтекании системы' крыльевых профилей конечной толщины или профиля с механизацией ограниченным потоком вязкой жидкости;
результаты численного исследования влияния вязкости на подъемную силу крыльевых профилей различной формы вблизи твердой стенки и свободной поверхности и на статическую устойчивость профиля крыла экраноплана;
результаты исследования влияния шероховатости поверхности профиля на подъемную силу крыльевых профилей;
результаты расчета обтекания потоком вязкой жидкости сильно изогнутых S-образных профилей с центральной симметрией;
рекомендации по учету вязкости при расчетах ГДХ крыльевых профилей в различных условиях.
Апробация работы и внедрение. Основные результаты работы докладывались и получили положительную оценку: на Межвузовской научно-технической конференции (НТК), посвященной 85-летию со дня рождения Заслуженного деятеля науки и техники А. Н. Патрашева, СПб, 1995; на Региональной НТК "Корабелы - 300-летию Санкт-Петербурга", СПб, 1997 г.; на НТК по теории корабля (Крыловские чтения), СПб, 1997 г.; на Всероссийской НТК, посвященной 200-летию образования Училища корабельной архитектуры - ВВМИУ им. Ф.Э.Дзержинского, СПб, 1998 г.; на Международной научной конференции студентов и аспирантов "Современные аспекты гидроаэродинамики-98", СПб, 1998 г.
Внедрение работы подтверждено актом о внедрении.
Публикации. По теме диссертационной работы имеется б публикаций (см. перечень в конце автореферата).
Объем работы: диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения и списка литературы; содержит 121 страницу, в том числе 70 рисунков, 1 таблицу и 102 наименования источников.
