Учёные записки ЦАГИ, ВЫПУСК №5, 2014г.

Взаимодействие частиц различной формы с несущим континуальным потоком газа (ОБЗОР)

А. В. Кашеваров, А. Л. Стасенко

Дан обзор и краткий анализ мировой литературы, посвященной теоретическому и экспериментальному исследованию обмена массой, энергий, импульсом и моментом импульса между отдельной твердой частицей и обтекающим газом. В качестве «базового» рассмотрен наиболее полно исследованный частный случай шаровой частицы. Следующим шагом в усложнении формы является сфероид (сплющенный или вытянутый эллипсоид). Данные о частицах «нерегулярной» формы наиболее скудны. Рекомендованы самые последние и наиболее тестированные выражения для коэффициентов лобового сопротивления, подъемной силы, тормозящего и опрокидывающего моментов, а также числа Нуссельта в функции обычного и «вращательного» чисел Рейнольдса и числа Прандтля. Представленные данные могут быть использованы при исследовании проблем обледенения летательного аппарата в капельно-кристаллических облаках, отказов двигателей в зонах газопылевых вулканических выбросов, засорения каналов датчиков полного давления (измерителей скорости полета) частицами природного происхождения в окрестности аэродромов, оптимизации технологии пескоструйной обработки поверхностей.

Ключевые слова: сферические и несферические частицы, аэродинамические коэффициенты, тепломассообмен.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ СОПЕЛ ДО- И СВЕРХЗВУКОВЫХ САМОЛЕТОВ

Г. Н. Лаврухин, В. А. Талызин

Дано обобщение некоторых результатов исследований реактивных сопел в компоновках на дозвуковых и сверхзвуковых самолетах по результатам 50 — 60-летних исследований в нашей стране и за рубежом. Кратко сформулированы основные достижения в области аэрогазодинамики реактивных сопел и проблемы, которые должны быть решены в дальнейшем.

Ключевые слова: сопло, компоновка, потери тяги, отрывной, безотрывный, дозвуковой, сверхзвуковой.

МОДЕЛЬНОЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЕ КОГЕРЕНТНОЙ СТРУКТУРЫ В РАЗВИТОМ ТУРБУЛЕНТНОМ ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ

В. А. Жаров

Рассмотрен слабонелинейный вариант волновой модели развитого турбулентного пограничного слоя. Определены дисперсионные характеристики волн наименее затухающей моды, проанализированы условия множественного 3-волнового резонанса этой моды волн Толлмина — Шлихтинга. На основе метода многих масштабов получены уравнения для когерентной и стохастической части пульсаций. В дискретном представлении когерентной структуры показано, что сумма квадратов модулей амплитуд волн в состоянии множественного 3-волнового резонанса, умноженных на действительные весовые множители, является инвариантом исходной динамической системы. Найдена область волновых чисел, в которой эти весовые множители положительны. В этой области динамика системы финитна. Получены укороченные уравнения для когерентной и стохастической частей потока. Сформулирован закон подобия. Проанализирована структура напряжений Рейнольдса.

Ключевые слова: турбулентный пограничный слой, несжимаемая жидкость, когерентные структуры, слабая нелинейность.

О течении в окрестности плоскости симметрии треугольного крыла малой стреловидности на режиме сильного взаимодействия

Г. Н. Дудин, Я. Н. Со

Исследовано течение в пространственном пограничном слое в окрестности плоскости симметрии полубесконечного плоского треугольного крыла малой стреловидности на режиме сильного вязко-невязкого взаимодействия. Проведено разложение функций течения в степенные ряды по поперечной координате и малому параметру, связанному с углом стреловидности. Приведены системы обыкновенных дифференциальных уравнений и краевые условия для вычисления коэффициентов членов координатно-параметрических разложений. Определена последовательность решения сформулированных краевых задач и вычислены коэффициенты шести первых членов разложения.

Ключевые слова: пространственный пограничный слой, треугольное крыло, сильное взаимодействие.

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОХИМИЧЕСКОЙ УСТОЙЧИВОСТИ ТЕПЛОЗАЩИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ

Б. Е. ЖЕСТКОВ

Рассмотрены основные условия моделирования термохимического воздействия гиперзвукового высокоэнтальпийного воздушного потока на теплозащитные материалы. Изложены методика и техника экспериментов по исследованию термохимической устойчивости высокотемпературных материалов в гиперзвуковом потоке плазмы. Получены данные по газовой коррозии ряда жаростойких керамик и углеродных материалов при температурах образцов 1500 — 2500 K на режимах, моделирующих вход космического летательного аппарата в плотные слои атмосферы. Рассмотрено влияние механической нагрузки на интенсивность окисления исследуемых образцов углерод-углеродных материалов.

Ключевые слова: условия моделирования, высокотемпературные аэродинамические трубы, гиперзвуковой высокоэнтальпийный воздушный поток, теплозащитные материалы, окисление, коррозия, унос массы, механическая нагрузка.

Методика оценки точности изготовления аэродинамических моделей по материалам измерений на координатно-измерительной машине

М. А. Архангельская, В. Д. Вермель, В. Ф. Забалуев, П. М. Николаев, Л. Л. Чернышев

Проведена оценка основных геометрических характеристик аэродинамических моделей самолетов и их агрегатов (точность базирования в рабочей части аэродинамической трубы; точность сборки модели; для крыла — отклонение от заданных аэродинамической крутки и V-образности, воспроизведение контуров опорных профилей в поверхности и т. д.) по материалам измерений координат точек поверхности модели с использованием координатно-измерительной машины. В отличие от традиционной оценки точности деталей общего машиностроения по отклонению точек замера от поверхности изделия разделение погрешностей по составляющим применительно к геометрическим характеристикам модели потребовало формирования специальной процедуры обработки, основанной на поиске геометрического соответствия точек замера с точками математической модели и их совмещении по методу наименьших квадратов. Предложен способ повышения сходимости процедуры совмещения замера и математической модели для слабо искривленных поверхностей. Приведен пример оценки точности изготовления крупноразмерной полумодели пассажирского самолета.

Ключевые слова: точность изготовления, аэродинамическая модель, координатно-измерительная машина (КИМ), математическая модель, геометрическое соответствие.

О возможности исследования в аэродинамических трубах критических режимов полета с использованием шарнира с тремя степенями свободы

Ю. А. Виноградов, И. И. Гришин, Е. Н. Колесников, К. А. Колинько,М. Е. Сидорюк, А. Н. Храбров

Обосновывается возможность исследования в АДТ динамики самолета на больших углах атаки с помощью управляемой динамически подобной модели на шарнире с тремя степенями свободы по тангажу, крену и рысканию. Рассматривается кинематика движения модели на трехстепенном шарнире. С помощью уравнений Лагранжа выводятся динамические уравнения движения модели. С использованием традиционной математической модели аэродинамики рассматривается устойчивость и управляемость движения самолета без системы управления. Исследуются боковые автоколебания модели самолета типа Wing Rock на больших углах атаки. Сравниваются результаты математического моделирования автоколебаний на шарнире и в свободном полете. Исследуется влияние на результаты моделирования моментов трения в шарнире, а также смещения центра тяжести модели относительно центра шарнира.

Ключевые слова: динамический эксперимент в АДТ, математическое моделирование, критические режимы полета, большие углы атаки, устойчивость и управляемость самолета.

Применение гидродинамической аналогии для определения центра изгиба призматических стержней, составленных из различных материалов

Л. Л. Теперин, Чан Ван Хынг

Изложен метод решения задачи о центре изгиба призматических стержней, составленных из различных материалов, с использованием гидродинамической аналогии. Решение сводится к определению интенсивностей источников и вихрей на внешнем контуре стержня и по границам, разделяющим материалы. Результаты численной реализации метода демонстрируются на примерах.

Ключевые слова: теория упругости, центр изгиба, призматические стержни, гидродинамическая аналогия.