Учёные записки ЦАГИ, ВЫПУСК №4, 2014г.

ОЦЕНКА ВОЗМОЖНОСТИ УПРАВЛЕНИЯ ЛАМИНАРНО-ТУРБУЛЕНТНЫМ ПЕРЕХОДОМ НА СТРЕЛОВИДНОМ КРЫЛЕ С ПОМОЩЬЮ ПЛАЗМЕННЫХ АКТУАТОРОВ

А. П. КУРЯЧИЙ, С. В. МАНУЙЛОВИЧ, Д. А. РУСЬЯНОВ, В. В. СКВОРЦОВ, С. Л. ЧЕРНЫШЕВ

Представлен теоретический подход к оценке возможности управления ламинарно-турбулентным переходом на стреловидном крыле в результате объемного силового и теплового воздействия на течение в пограничном слое с помощью электрогазодинамических исполнительных элементов (плазменных актуаторов). Предлагаемый подход включает в себя численное моделирование актуаторов, использующих диэлектрический барьерный разряд, расчет невязкого обтекания скользящего крыла, расчет сжимаемого пограничного слоя, пространственно-модулированного вдоль размаха крыла, численное решение задачи линейной устойчивости для стационарных мод неустойчивости поперечного течения. Моделирование актуаторов выполнено для одного набора их геометрических и физических параметров с целью оценки качественных особенностей распределений объемной силы и тепловыделения. Расчеты невязкого обтекания и пограничного слоя выполнены при параметрах набегающего потока, соответствующих типичным условиям крейсерского полета гражданского самолета. Получена оценка силового воздействия актуаторов, необходимого для устранения ламинарно-турбулентного перехода, вызванного неустойчивостью поперечного течения.

Ключевые слова: диэлектрический барьерный разряд, плазменный актуатор, скользящее крыло, сжимаемый пограничный слой, неустойчивость поперечного течения, ламинарно-турбулентный переход.

УВЕЛИЧЕНИЕ ТЯГИ СОПЛА ЗАДАННЫХ ГАБАРИТОВ

С. А. Таковицкий

Рассмотрена задача построения осесимметричных сверхзвуковых сопл. Для увеличения реактивной тяги при заданных габаритных ограничениях предложено использовать внутреннюю вставку. Вставка располагается вблизи выходного сечения вне области аэродинамической интерференции с кромкой сопла. Прямым численным методом выполнена оптимизация формы вставки и получена оценка тяговых характеристик. Исследование проведено в рамках модели Эйлера для невязкого нетеплопроводного газа.

Ключевые слова: сверхзвуковое сопло, реактивная тяга, оптимизация, внутренняя вставка.

Расчетные исследования обтекания тел с протоками при сверхзвуковых скоростях

Н. В. Воеводенко, А. А. Губанов

Рассмотрена задача расчета аэродинамических характеристик высокоскоростных летательных аппаратов (ЛА) с воздушно-реактивными двигателями. Для проведения исследований по улучшению аэродинамических компоновок таких аппаратов необходим эффективный, устойчивый, быстрый и информативный расчетный инструмент. Численный метод, основанный на гиперзвуковой теории малых возмущений и методе Годунова — Колгана, используется в данной работе как основной инструмент для расчета полей течения и суммарных аэродинамических характеристик ЛА. Для вычисления характеристик воздухозаборных устройств, таких как коэффициенты расхода, компоненты импульса и т. п., используются параметры потока на входе в воздухозаборник, полученные в численных расчетах. Вклад воздухозаборников двигателей в суммарные аэродинамические характеристики ЛА затем определяется с помощью классической теоремы импульсов. Полученные результаты сравниваются с экспериментальными данными и результатами расчетов с помощью RANS-кода NUMECA. Проведены расчеты характеристик осесимметричного тела с двумя воздухозаборниками.

Ключевые слова: высокоскоростные аппараты с воздушно-реактивными двигателями, расчетные исследования, теорема импульсов.

исследование влияния обледенения на аэродинамические характеристики САМОЛЕТА на режиме посадки

В. В. Богатырев

Выбрана методика проведения расчетных исследований влияния обледенения на обтекание крыла с отклоненной взлетно-посадочной механизацией. Использован оригинальный алгоритм построения экструзивных расчетных сеток около крыла самолета с обледенением и без него. Проведена оценка изменения аэродинамических характеристик компоновки крыло — фюзеляж при различных вариантах форм льда на предкрылке вследствие отсутствия или отказа противообледенительной системы. Проведены сравнения результатов расчета с экспериментальными данными при испытаниях модели самолета с имитаторами льда в аэродинамической трубе.

Ключевые слова: крыло, предкрылок, закрылок, обледенение, имитаторы льда, экструзивные расчетные сетки.

Интерференционная концепция аэродинамического проектирования эффективных гиперзвуковых компоновок

Ю. И. Лобановский

Изложена интерференционная концепция аэродинамического проектирования гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА), позволившая разработать новый тип компоновок с большим аэродинамическим качеством. При испытаниях в аэродинамической трубе модели такой компоновки с коэффициентом объема, характерным для аппаратов на криогенном топливе, при числах Маха М = 7 — 10 и числах Рейнольдса порядка нескольких миллионов получено максимальное качество Kmax = 5.7 — 5.6, что в зависимости от числа М на 10 — 30% выше, чем у известных аэродинамических форм. При этом в отличие от известных конфигураций ее аэродинамическое качество не уменьшается с ростом числа М. При M > 7 и натурных числах Re крейсерское аэродинамическое качество таких компоновок может достигать уровня Kmax ≈ 7. При малых и умеренных сверхзвуковых скоростях аэродинамические характеристики предлагаемых конфигураций близки к характеристикам типичных комбинаций корпуса с крылом малого удлинения.

Ключевые слова: гиперзвуковой летательный аппарат, крыло, корпус, объем, волнолет, подъемная сила, аэродинамическое сопротивление, аэродинамическое качество, режимы обтекания.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИКИ СОПЛА С ОТКЛОНЯЕМЫМ ВЕКТОРОМ ТЯГИ

Г. Н. Лаврухин, Е. Б. Скворцов, В. А. Талызин, С. В. Шелехова

Представлены результаты экспериментальных исследований физической картины обтекания и аэрогазодинамических характеристик сопла двухконтурного ТРДД с общим смешением потоков I и II контуров при отклонении вектора тяги. Выявлены некоторые особенности обтекания и изменения характеристик сопла при отклонении струи.

Ключевые слова: двухконтурный двигатель, сопло, отклонение вектора тяги, дозвуковой поток, обтекание, потери тяги, угол отклонения.

ИССЛЕДОВАНИЕ ОБТЕКАНИЯ ТЕЛА ГАЗОДИСПЕРСНЫМ ПОТОКОМ С БОЛЬШОЙ МАССОВОЙ ДОЛЕЙ ТВЕРДЫХ ЧАСТИЦ

Г. В. МОЛЛЕСОН, А. Л. СТАСЕНКО

Исследовано взаимодействие монодисперсной сверхзвуковой струи, истекающей из сопла, с осесимметричным телом при больших значениях массовой доли частиц. Рассмотрено несколько вариантов радиального распределения концентрации частиц на входе в сопло. Изучено влияние на газотермодинамику потока начальных значений массовой доли частиц, их материала и размера.

Ключевые слова: газодинамическое ускорение микрочастиц, коэффициенты восстановления компонент скорости, сжатый слой, вращение отраженных частиц, хаотизированные частицы и их диффузия, плотности потоков массы, импульса и энергии фаз.

ВЛИЯНИЕ СЕТКИ НА НЕРаВНОМЕРНОСТЬ ВОЗДУШНОГО ПОТОКА В АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ТРУБАХ

Е. У. Репик, И. С. Иншаков

Представлены результаты экспериментальных исследований влияния мелкомасштабной турбулентности, генерируемой сетками и разрушителем вихревых структур (РВС), на неравномерность поля течения в аэродинамической трубе. Показано, что при использовании выравнивающих сеток скорость сглаживания неравномерных профилей скорости и интенсивность турбулентности зависит от размеров ячеек сетки. В частности, установка мелкоячеистой сетки приводит к более медленному темпу сглаживания неравномерных профилей скорости и ее пульсаций, чем при отсутствии сетки. Найдено оптимальное соотношение между размером ячейки и масштабом неоднородности, при котором происходит наиболее эффективное выравнивание поля течения. Обнаружено, что при установке РВС в зоне большого поперечного градиента интенсивности турбулентности скорость выравнивания этого градиента существенно уменьшается в связи с уменьшением поверхностного трения в турбулентном пограничном слое.

Ключевые слова: эксперимент, неравномерное поле течения, генератор неравномерного поля течения, сетки, разрушитель вихревых структур, профили скорости, профили интенсивности турбулентности.

Минимизация расхода топлива сельскохозяйственного самолета, выполняющего опыление

С. Н. СУПРУНЕНКО, Л. Т. ТАНГ

Рассматривается вариационная задача минимизации расхода топлива сельскохозяйственного самолета, выполняющего распыление ядохимикатов или удобрений в горизонтальном полете. Учитывается изменение полной массы самолета в полете и сложный характер зависимости удельного расхода топлива силовой установки от режима полета. Предлагается метод определения экстремали вариационной задачи, основанный на уточнении более простого квазистационарного решения, получаемого исходя из условия равенства силы тяги двигательной установки аэродинамическому сопротивлению самолета. Численные расчеты, выполненные для сельскохозяйственного самолета PZL М-15, показывают, что при достаточно больших расходах распыляемого вещества уточненное решение позволяет заметно повысить топливную экономичность.

Ключевые слова: сельскохозяйственная авиация, воздушные работы, оптимизация режима полета, вариационное исчисление.