Острый круговой конус в сверхзвуковом потоке вязкого совершенного газа. Московский физико-технический институт (государственный университет). МФТИ (ГУ)

В.В. Пафнутьев

Московский физико-технический институт

На основе численного анализа трехмерных уравнений Навье-Стокса исследовано обтекание тонкого острого кругового конуса с углом полураствора $\theta _k$ = 4 сверхзвуковым потоком ( $M_\infty$ = 4) совершенного газа под углами атаки $\alpha$ = 0 - 8^o при числах Рейнольдса $\operatorname{Re} = \frac{{\rho _\infty V_\infty L}} {{\mu _\infty }} = 1.69*10^4$ , $1.69*10^5$ , $1.69*10^6$ (здесь L – длина острого конуса); обтекаемая поверхность предполагалась теплоизолированной( $\frac{{\partial T}} {{\partial n}}$ = 0, отсутствие теплообмена, адиабатическое течение), либо изотермической с температурным фактором $T_{wo} = T_w /T_o = 0,5$ (умеренный теплообмен), где $T_w$ и $T_0$ – температура поверхности и температура торможения невозмущенного потока соответственно.

Выбор условий расчета обусловлен следующими причинами:

а) тело имеет простую конфигурацию, что существенно упрощает вычисление геометрических характеристик различного рода;

б) при сравнительно небольшом интервале изменения угла атаки охватываются как малые ( $\alpha/\theta_k$ меньше 1), так и большие ( $\alpha/\theta_k$ больше 1) углы атаки;

в) для этого тела при указанном числе Маха имеются экспериментальные данные по силовым и моментным характеристикам в широком диапазоне углов атаки.

Показано влияние угла атаки и числа Рейнольдса на структуру поля течения и поведение местных и суммарных аэродинамических характеристик конуса. Проведено сопоставление расчетных и экспериментальных данных по интегральным характеристикам острого конуса. В качестве примера на рис. 1 показано влияние числа Рейнольдса на распределение коэффициента давления Ср на наветренной стороне в плоскости симметрии конуса с теплоизолированной (ѕ) и изотермической (- - -) поверхностью при числе Маха $М_\infty$ = 4: $\alpha=4°$ . На рис. 2. показано влияние угла атаки на распределение окружного компонента коэффициента сопротивления трения в поперечном сечении (х=0,255) конуса с теплоизолированной (ѕ) и изотермической (- - -) поверхностью при числе Маха $М_\infty$ =4 и числе $Re=1,69*10^5$ .