X Всероссийская конференция молодых ученых "Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии"

23 - 25 апреля 2014, г. Новосибирск

Стрельцов Е.В.   Иванов А.И.  

Управляемый пограничный слой на жестких стенках АДТ: новый подход к проблеме индукции границ потока

Докладчик: Стрельцов Е.В.

УПРАВЛЯЕМЫЙ ПОГРАНИЧНЫЙ СЛОЙ НА ЖЕСТКИХ СТЕНКАХ АДТ:
НОВЫЙ ПОДХОД К ПРОБЛЕМЕ ИНДУКЦИИ ГРАНИЦ ПОТОКА
А.И  Иванов, Е.В. Стрельцов
ФГУП «ЦАГИ», Россия

Уменьшение или полное устранение индукции границ потока при испытаниях моделей в аэродинамических трубах относится к числу важнейших методических задач, успешное решение которых обеспечивает получение точных и достоверных экспериментальных результатов. В последние десятилетия наибольшее распространение получили дозвуковые и трансзвуковые АДТ с проницаемыми (перфорированными или щелевыми) стенками рабочих частей. Для таких установок отработана методика испытаний, исследованы граничные условия и выбраны оптимальные геометрические параметры стенок, а также созданы расчетно-эмпирические методы введения поправок на индукцию границ потока. Опыт эксплуатации такой уникальной установки, как АДТ Т-128 ЦАГИ, имеющей рабочие части с перфорацией переменной проницаемости, в целом свидетельствует о существенных успехах в реализации малоиндукционного обтекания моделей [1]. Вместе с тем вид граничных условий на перфориро-ванных стенках накладывает некоторые принципиальные ограничения, не позволяющие, в частности, ни при какой выбранной проницаемости одновременно устранить влияние стенок на все основные аэродинамические характеристики. Попытки изменить вид граничных условий привели к развитию альтернативных концепций малоиндукционных АДТ. Одна из таких концепций – применение струйных границ - была предложена В.М. Нейланд и В.Я. Нейландом в 1984 г. Авторами было показано, что новый тип границ обладает рядом преимуществ по сравнению с традиционными проницаемыми и позволяет при правильном выборе параметров пристеночных струй практически устранить влияние стенок на все основные аэродинамические характеристики модели. Вместе с тем реализация обтекания моделей в струйных границах представляет собой достаточно сложную техническую задачу, требующую проектирования, монтажа и наладки струйных установок.
Поскольку оптимальные струи вблизи жестких стенок всегда должны иметь меньший скоростной напор, чем основное течение, в данной работе предложен новый подход, позволяющий упростить технологию испытаний и использовать управляемый пограничный слой на жестких стенках в качестве аналога струйных границ. В АДТ Т-112 с сечением рабочей части 600×600 мм при числе Маха 0,8 проведена серия испытаний трех стандартных геометрически-подобных контрольных моделей в рабочей части с двухсторонней перфорацией и в жестких стенках с управляемым пограничным слоем на верхней и нижней стенках. Управление пограничным слоем осуществлялось путем выдвижения клиновидных спойлеров, создающих дополнительное сопротивление у стенок на входе в рабочую часть.  

В зоне расположения модели измерялись параметры пограничного слоя, причем толщина вытеснения варьировалась от 6 мм до 36 мм (что составляло от 2% до 12% полувысоты рабочей части). Полученные результаты показали, что рост пограничного слоя приводит к значительному изменению весовых характеристик модели. Например, уменьшение коэффициента Cya  при заданном угле атаки α достигало 10% и соответствовало результатам испытаний в перфорированных стенках с коэффициентом раскрытия 23%, что по современным представлениям является избыточным раскрытием. Тенденции изменений остальных характеристик с ростом толщины пограничного слоя также свидетельствуют о наличии безындукционного режима где-то в промежутке между режимами с нулевым и максимальным выдвижением интерцепторов. С ростом толщины пограничного слоя наблюдается также заметное сближение аэродинамических характеристик, полученных при испытаниях геометрически-подобных моделей различного масштаба.  Обнадеживающим является тенденция к одновременному улучшению сходимости как кривых Сy(α), так и моментных характеристик mz(α).

Анализ первых результатов позволяет рассчитывать, что применение управляемого пограничного слоя в сочетании с жесткими (а, возможно, и проницаемыми) стенками рабочих частей АДТ может стать простым и эффективным методом устранения индукции границ потока в дозвуковых и трансзвуковых аэродинамических трубах. В работе сравниваются и анализируются экспериментальные данные, полученные при различных граничных условиях, а также результаты расчетов обтекания моделей, выполненные с использованием программных пакетов ANSYS CFX и EWT. 

[1] S.A. Glazkov, A.R. Gorbushin, A.I. Ivanov, A.V. Semenov. Recent experience in improving the accuracy of wall interference corrections in TsAGI T-128 wind tunnel. -  Progress in Aerospace Sciences, v. 37, No.3, pp. 263-298  (2001).