Отрывные течения. Том 2 - Чжен П.
Скачать (прямая ссылка):
о - коэффициент восстановления давления;
Ф - угол скачка уплотнения.
200
ГЛАВА IX
Индексы
с - поверхность конуса, хорда;
R - присоединение;
S - отрыв;
t - полное значение;
0 - значение перед областью отрыва;
1 - условие за скачком уплотнения на передней кромке
или за областью отрыва;
2 - значение после присоединения.
Отрыв потока с передней кромки может оказать влияние на весь режим
обтекания поверхности. Как и в других случаях отрыва потока, вязкий поток
отрывается на передней кромке под действием положительного градиента
давления. При достаточно больших углах атаки крылового профиля
положительный градиент давления на передней кромке с малым радиусом
закругления оказывается достаточно большим, чтобы вызвать отрыв. При
больших числах Маха отрыв потока с передней кромки зависит от
интенсивности скачка уплотнения, образующегося около передней кромки.
Даже при малых углах атаки тонкого крыла с большой стреловидностью и с
заостренной передней кромкой поток отрывается от передней кромки с
образованием вихрей над верхней поверхностью крыла, оказывая влияние на
аэродинамические характеристики, в особенности в условиях взлета и
посадки, а также под действием порывов ветра и взрывных волн в атмосфере.
Другим интересным явлением считается отрыв потока с острия иглы,
установленной перед тупой носовой частью тела при сверхзвуковых
скоростях. Такая игла может способствовать уменьшению сопротивления и
теплопередачи к летательным аппаратам, развивающим большие скорости х).
Она может быть также использована как эффективное средство управления.
Вначале рассмотрим отрыв потока с передней кромки при дозвуковых, а затем
при сверхзвуковых скоростях потока.
1. ОТРЫВ ПОТОКА С ПЕРЕДНЕЙ КРОМКИ ПРИ ДОЗВУКОВЫХ
СКОРОСТЯХ
В данном разделе рассматривается механизм и критерии отрыва потока с
передней кромки при дозвуковых скоростях, а также сход вихрей с передней
кромки.
') Можно говорить только об уменьшении суммарного теплового потока, так
как в области присоединения возможны "пики" теплового потока.- Прим. ред.
ОТРЫВ ПОТОКА С ПЕРЕДНЕЙ КРОМКИ
201
1.1. МЕХАНИЗМ ОТРЫВА С ПЕРЕДНЕЙ КРОМКИ
На основе наблюдений отрыва с передних кромок крыльев были разработаны
различные теории отрыва потока с передней кромки.
Крэбтри [1] на примере крылового профиля RAE 101 с относительной толщиной
10% заметил, что существуют следующие три типа отрыва потока.
1) Отрыв с задней кромки. При возрастании угла атаки точка отрыва
турбулентного слоя движется вверх по потоку от задней кромки.
2) Отрыв с передней кромки. Поток внезапно отрывается вблизи передней
кромки.
3) Отрыв потока с тонкого профиля. Вблизи передней кромки отрывается
ламинарный поток и присоединяется как турбулентный поток. При возрастании
угла атаки точка присоединения движется вниз по потоку.
Отрыв турбулентного потока (тип 1) рассматривался в гл. IV. Отрыв с
присоединением (тип 3) рассматривался в гл. VII. Явление отрыва с
передней кромки (тип 2) изучается в данном разделе. При отрыве потока
этого типа ламинарный слой может оторваться от верхней поверхности
профиля вблизи передней кромки при некотором угле атаки. Хотя Крэбтри [1]
не наблюдал присоединения на профиле RAE 101, в общем случае
присоединение возможно ниже по потоку с образованием пузыря на верхней
поверхности. Как указывалось выше, существуют пузыри двух видов: короткие
и длинные, в зависимости от их протяженности. Короткий пузырь
представляет наибольший интерес при исследовании отрыва с передней
кромки, поскольку при внезапном разрушении короткого пузыря происходит
отрыв с передней кромки с последующим срывом потока, вызывающим резкое
падение подъемной силы и внезапное повышение сопротивления. Поскольку
такой срыв крайне нежелателен с точки зрения аэродинамических
характеристик крыльев, необходимо понять физическую природу отрыва потока
этого типа.
В точке присоединения турбулентного потока сразу за коротким пузырем на
профиле NACA 64 А006 кривая распределения формпараметра Н = 6*/0 имеет
пик, указывающий на существование зоны зарождающегося турбулентного
отрыва сразу за коротким пузырем, что может послужить ключом к теории,
объясняющей механизм отрыва с передней кромки. Поэтому Уоллис [21
постулировал, что картина течения, включающая короткий пузырь,
неустойчива, вследствие этого поток отрывается в точке ламинарного отрыва
с образованием длинного пузыря. Но постулат Уоллиса не подтверждается
другими наблюдениями. Так как теория Уоллиса основана на исследовании
конкретного кры-
202
ГЛАВА IX
лового профиля, она не поддается обобщению. Итак, ввиду того что область
непосредственно за коротким пузырем является переходной от области
смешения к обычному турбулентному пограничному слою и так как профили
скорости в этих областях не принадлежат к обычному типу, трудно дать
истолкование значения Н в этой области [1]. Кроме того, примеры отрывов
потока с крыловых профилей, приведенные Маккаллохом и Голтом [3], не
