Учёные записки ЦАГИ, ВЫПУСК №6, 2015г.

НОВЫЙ МЕТОД ОПТИЧЕСКИХ ИССЛЕДОВАНИЙ СОСТОЯНИЯ ПОГРАНИЧНОГО СЛОЯ В АЭРОДИНАМИЧЕСКОМ ЭКСПЕРИМЕНТЕ

М. А. БРУТЯН, А. В. ПЕТРОВ, А. В. ПОТАПЧИК

Предложен метод оптических исследований обтекания моделей крыловых профилей при околозвуковых скоростях, основанный на эффекте влияния состояния пограничного слоя на характер рассеяния параллельного пучка света, проходящего через него. Приведены конкретные примеры практического применения нового метода.

Ключевые слова: бесконтактные методы исследования, пограничный слой, турбулизаторы, аэродинамический эксперимент.

уТОЧНЕнный закон следа коулса

В. В. Михайлов, Н. В. Самойлова

Рассматривается осредненный по Рейнольдсу плоский турбулентный пограничный слой несжимаемой жидкости. Исследуется режим течения, когда вплоть до сечения отрыва слой достаточно тонкий и на течение оказывает влияние лишь касательное к поверхности тела напряжение Рейнольдса. Иначе говоря, рассматривается течение, близкое к плоскопараллельному, когда реализуется так называемый «гладкий» отрыв. Предложена новая модификация функции следа Коулса, которая хорошо аппроксимирует профиль скорости и коэффициент трения. Получено, что на режиме «гладкого» отрыва достигается максимальное значение формпараметра H, равное 3.89. Основным допущением, принятым при выводе закона следа, является однопараметричность профиля дефекта скорости, многократно подтвержденная экспериментально. Показано, что вблизи сечения отрыва предложенная зависимость имеет участок профиля скорости, где выполняется известный «закон 1/2» («half power law»). Однако в сечении «гладкого» отрыва такой участок практически исчезает. Результаты работы подтверждаются сравнением с экспериментальными данными.

Ключевые слова: турбулентный пограничный слой, закон следа, «закон 1/2».

Методика оптимального аэродинамического проектирования мотогондолы ТРДД с большой степенью двухконтурности

Н. А. Зленко, С. В. Михайлов, А. А. Савельев, А. В. Шенкин

Предложен основанный на численных расчетах с применением уравнений RANS алгоритм оптимального аэродинамического проектирования обводов мотогондолы маршевой силовой установки дозвукового самолета. Использование методов условной оптимизации многофакторной функции позволяет формировать облик аэродинамически эффективной мотогондолы при наличии большого числа аэродинамических и конструктивных ограничений. Для иллюстрации возможностей предложенной методики приведены результаты оптимизации формы изолированной мотогондолы ТРДД большой степени двухконтурности, предназначенного для среднемагистрального пассажирского самолета.

Ключевые слова: оптимизация, аэродинамическое проектирование, вычислительная аэродинамика, мотогондола.

численный анализ характеристик плоского сопла смешанного расширения при сверхзвуковом обтекании

а. п. мазуров

Приведен анализ результатов численного исследования аэродинамических характеристик плоского сопла смешанного расширения при сверхзвуковом обтекании. Расчеты проводились на основе осредненных по Рейнольдсу трехмерных уравнений Навье — Стокса в приближении тонкого слоя. Для вычисления турбулентной вязкости применялась дифференциальная k-e модель турбулентности, учитывающая влияние стенки. Представлены результаты по влиянию перепада давления в струе и геометрических параметров на локальные и интегральные характеристики сопла смешанного расширения с профилированным контуром. Показано, что коэффициент продольной тяги изменяется немонотонно, достигая максимума при некотором значении в рассмотренном диапазоне перепадов давления. Вертикальная составляющая и угол вектора тяги имеют отрицательные значения и монотонно возрастают при увеличении перепада давления. Коэффициенты составляющих импульса сопла практически не зависят от перепада давления в струе. При увеличении высоты среза коэффициент продольной тяги сопла либо монотонно уменьшается, либо возрастает, достигая максимума, в зависимости от длины сопла. При этом максимум продольной тяги достигается при угле наклона вектора тяги, близком к нулю. Коэффициент вертикальной составляющей и угол вектора тяги монотонно снижаются при увеличении высоты среза независимо от длины сопла. Приведены также данные по влиянию высоты среза и длины сопла на коэффициенты внешних аэродинамических сил и моментов.

Ключевые слова: сопло смешанного расширения, вязкий газ, численный метод, вектор импульса сопла, вектор тяги сопла.

метод расчета нагрузок при проектировании агрегатов несущего винта и системы управления вертолета

а. ю. баринов, н. с. павленко

Разработан метод, позволяющий определять аэродинамические характеристики несущего винта (тягу, продольную и поперечную силы, крутящий момент на валу); угол общего шага для получения заданной тяги несущего винта; углы циклического шага, необходимые для создания потребных для балансировки вертолета моментов на втулке; потребный для полета на заданной скорости угол атаки несущего винта вертолета; деформации лопасти в плоскости взмаха, в плоскости вращения, деформации кручения и соответствующие этим деформациям изгибающие и шарнирные моменты и их гармонический состав. Приведены результаты расчетов шарнирных моментов. Метод применим для несущего винта с упругими в плоскостях тяги, вращения и на кручение лопастями, для шарнирного, жесткого закрепления лопастей в комле, а также для сложных конструкций втулки современных полужестких и жестких винтов с упругими элементами, кожухами управления и эластомерными гидравлическими демпферами и законцовками, имеющими стреловидность и отогнутость вниз.

Ключевые слова: несущий винт, шарнирный момент, колебания, деформации лопасти, дифференциальные уравнения.

Влияние статического давления на электрофизические характеристики диэлектрического барьерного разряда

М. Д. Гамируллин, В. М. Литвинов, Т. А. Пименова, И. Е. Ребров, А. Ю. Урусов, А. А. Успенский

Приведены результаты экспериментального исследования электрофизических характеристик плазменных актуаторов (ДБР-актуаторов), предназначенных для управления течением в пограничном слое путем возбуждения диэлектрического барьерного разряда. Эксперименты проводились при изменении статического давления в широком диапазоне от атмосферного до пониженного, соответствующего реальным условиям полета на высотах 10 — 12 км. В качестве моделей актуаторов использовались плоские диэлектрические пластины с расположенными на поверхности разрядными электродами. Возбуждение разряда осуществлялось генератором высоковольтных импульсов, который формировал импульсы амплитудой 2 — 5 кВ, длительностью 20 — 35 мкс и частотой 2.5 — 6.25 кГц. Определены затраты электрической мощности на поддержание разряда в зависимости от давления, скорости внешнего потока и режима работы актуаторов (частоты и амплитуды напряжения). На основе интегрального метода импульсов с использованием наведенных актуатором профилей скорости проведены оценки объемной силы, создаваемой разрядом. Выполнены оценки энергетической эффективности актуатора в зависимости от давления и параметров разряда.

Ключевые слова: диэлектрический барьерный разряд, плазменный актуатор, насадок полного напора, скорость потока, статическое давление, объемная сила, электрическая мощность, энергетическая эффективность.

инжекция водорода в сверхзвуковой поток воздуха в канале с радиальными пилонами

Д. п. алексеев, ю. в. туник

Рассмотрена инжекция водорода в сверхзвуковой поток воздуха в осесимметричном канале постоянного сечения через радиально расположенные пилоны с центральным коаксиальным цилиндром. Изучено влияние параметров инжекции на интенсивность смешения, изменение полного давления и качество формирующейся водородовоздушной смеси. Исследования проводились численно на основе уравнений Рейнольдса для турбулентного движения многокомпонентного вязкого газа.

Ключевые слова: смешение газовых потоков, турбулентность, вязкость, диффузия, водородовоздушная смесь, потери полного давления, пилон.