Ученые записки ЦАГИ, №2, 2009 г.

№2, 2009 г. 1. А. В. Ваганов, С. М. Дроздов, А. П. Косых, Г. Г. Нерсесов, И. Ф. Челышева, В. Л. Юмашев. ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОДИНАМИКИ КРЫЛАТОГО ВОЗВРАЩАЕМОГО КОСМИЧЕСКОГО АППАРАТА. Численно исследованы структура обтекания и аэродинамические характеристики крылатого возвращаемого космического аппарата (ВКА) нового поколения сравнительно небольших размеров. Рассмотрена компоновка ВКА — ЦАГИ [1, 2], имеющая сложную конфигурацию: сильно затупленный фюзеляж, крыло с переменной стреловидностью передней кромки и двумя концевыми оперениями, элевоны, фюзеляжный балансировочный щиток, вертикальное оперение с установленными на нем рулем направления и воздушным тормозом. Расчеты проведены для невязкого и нетеплопроводного газа в диапазонах изменения числа M∞ от 1.1 до 16.5 и угла атаки α от нуля до 45°. С помощью численного моделирования определены основные аэродинамические характеристики ВКА, особенности топологии полей течения, а также исследовано влияние реальных теплофизических свойств воздуха при гиперзвуковых скоростях. 2. С. Д. Животов, В. С. Николаев. ОПТИМИЗАЦИЯ ФОРМЫ КРЫЛА СИСТЕМЫ КРЫЛО — КОРПУС В ГИПЕРЗВУКОВОМ ПОТОКЕ. Рассмотрены задачи о минимуме лобового сопротивления и максимуме аэродинамического качества системы крыло — корпус в гиперзвуковом потоке. Варьировались форма срединной поверхности трапециевидного крыла и распределение толщин крыла при заданном объеме. Рассмотрено влияние вязкостных эффектов на аэродинамические характеристики оптимальных форм. 3. А. П. Быркин, В. В. Щенников. КИНЕМАТИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ МЕХАНИЗМА ЭФФЕКТА РАНКА -ТЕПЛОВОГО РАЗДЕЛЕНИЯ ЗАКРУЧЕННОГО ПОТОКА ЖИДКОСТИ И ГАЗА В КАНАЛЕ. Известному эффекту теплового разделения потока газа в вихревой трубке, открытому Ранком [1], до сих пор не дано должного научного объяснения. Известен также экспериментальный факт подобного разделения в случае жидкости в штатной трубке Ранка [2]. На примере ламинарных автомодельных закрученных течений несжимаемой жидкости в расширяющихся конических каналах с ориентированным вектором вдува вдоль пористой стенки в рамках уравнений Навье — Стокса численно смоделировано тепловое разделение потока и выявлен его механизм, имеющий кинематическую основу. Кинематический фактор — сильная закрутка потока обусловливает по сравнению с ее отсутствием повышенный внутренний подвод тепла вязкой диссипации кинетической энергии жидкости (в своей основе за счет увеличенного градиента радиальной скорости вблизи стенки). Используемая математическая модель позволила при охлажденной стенке и оттоке тепла к ней воспроизвести на качественном уровне немонотонный характер изменения избыточной температуры t-tw в поперечном сечении, а также отрицательные ее значения в окрестности оси реальной трубки Ранка [2]. Примечательно, что реализуемые отрицательные значения t-tw обусловливаются возвратным характером линий переноса (посредством конвекции и теплопроводности) тепла в меридиональном сечении конического канала, которые сходятся в особой точке r = 0 и исходят из нее. В случае плоского варианта конического течения жидкости (течение Гамеля в расширяющемся плоском канале) результаты решения автомодельной тепловой задачи также свидетельствуют о немонотонности профиля избыточной температуры и возвратности линий переноса тепла. Рассмотрен специальный случай стратификации температуры торможения по сечению канала в конически подобном закрученном течении вязкого газа. 4. В. Ф. Молчанов. РАСПРОСТРАНЕНИЕ НЕКОТОРЫХ КОНЕЧНЫХ СИММЕТРИЧНЫХ ВОЗМУЩЕНИЙ В ВИХРЕВОМ ШНУРЕ. В рамках идеальной жидкости рассмотрен процесс распространения возмущений вдоль вихревого шнура. Показана тенденция к приобретению шнуром ступенчатой формы. Найдена скорость движения данной формы вдоль вихревого шнура. 5. О. В. Павленко. ПАРАМЕТРИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ВЛИЯНИЯ ОБЛЕДЕНЕНИЯ НА АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ПРОФИЛЯ КРЫЛА. Приведены результаты расчетных исследований влияния формы и толщины льда на передней кромке профиля прямого крыла на его обтекание потоком вязкой несжимаемой жидкости, а также рассмотрено влияние формы крылового профиля на аэродинамические характеристики при наличии ледяного нароста на передней кромке. Расчет проведен по программе решения осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье — Стокса. 6. В. М. Щеглова. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ НАГРУЗОК В КОНЦЕВЫХ СЕЧЕНИЯХ ЖЕСТКОЙ ЛОПАСТИ МОДЕЛИ ВИНТА В КОСОМ ПОТОКЕ. Целью данной работы было выяснение характера и степени влияния скольжения в концевых сечениях лопасти на основе большого числа точек измерения давления. Наряду с увеличением количества сечений, в которых определялись нагрузки, увеличивалось число дренажных отверстий в каждом сечении. Произведено измерение мгновенного давления в концевой части лопасти и приведены результаты измерения давлений в концевых сечениях на относительных радиусах от 0.8 до 0.99. Особое внимание было обращено на распределение давлений в области, непосредственно примыкающей к концу лопасти, и на законцовке. Рассмотрены также с целью накопления информации экспериментального характера спектры обтекания концов лопастей. Результаты представлены в виде графиков изменения давлений вдоль радиуса и вдоль хорды. Получены фактические материалы по нагрузкам, действующим на конец лопасти данной конфигурации, которые могут быть использованы при проектировании и расчетах нагрузок на лопастях. 7. А. Н. Котов. РАЗРАБОТКА МЕТОДИКИ ИЗМЕРЕНИЯ ДЛИННОВОЛНОВЫХ КОМПОНЕНТ ЧАСТОТНО-ВОЛНОВОГО СПЕКТРА ТУРБУЛЕНТНЫХ ПРИСТЕНОЧНЫХ ПУЛЬСАЦИЙ ДАВЛЕНИЯ. Проанализированы основные источники ошибок, препятствующие измерению частотно-волнового спектра пристеночных пульсаций давления турбулентного пограничного слоя в длинноволновой области. Такие измерения необходимы для вычисления колебаний обшивки фюзеляжа, связанных с ее инерционным возбуждением, и оценки определяемых ими уровней шума в салоне самолета. Для каждого источника ошибки получены оценки и зависимости от параметров потока и измерительной системы. Исходя из моделей частотно-волнового спектра автор обосновывает границы применимости различных антенн и разрабатывает метод оптимизации расположения датчиков давления, позволяющий провести измерения с заданной точностью, используя минимальное число приемников давления как в одномерном, так и в двумерном случае. 8. С. П. Остроухов. ИССЛЕДОВАНИЕ КАРТИНЫ ТЕЧЕНИЯ ОКОЛО ВОЗДУШНОГО ВИНТА В ПРОФИЛИРОВАННОМ КОЛЬЦЕ И БЕЗ КОЛЬЦА ПРИ РЕВЕРСЕ ТЯГИ. В работе представлены результаты экспериментального исследования методом шелковинок картины течения около модели воздушного винта при работе его в профилированном кольце и без кольца на режиме реверса тяги в АДТ-104 на винтовом приборе ВП-107. Дано сопоставление схем обтекания с результатами весовых измерений аэродинамических сил на винте и профилированном кольце. 9. Б. М. Ефимцов, А. Я. Зверев. ОСНОВНЫЕ ЗАКОНОМЕРНОСТИ В КОЛЕБАНИЯХ УПРУГИХ СИСТЕМ ПРИ НЕОДНОРОДНОМ АЭРОАКУСТИЧЕСКОМ ВОЗБУЖДЕНИИ. Изучаются основные физические явления и закономерности, определяющие колебания тонкостенных упругих систем при неоднородном по пространству случайном динамическом возбуждении. Определяются соотношения между пространственными масштабами неоднородности, масштабами корреляции и фазовой скоростью спектральных составляющих возбуждающего поля, длинами волн в упругой системе и скоростью их распространения, при которых обнаруживаются эти физические явления. Выявляется природа обнаруженных эффектов усиления колебаний. Получены аналитические выражения для оценки спектральной плотности энергии колебаний упругих систем.