Особенности сопротивления тел вращения со степенной формой образующей Текст научной статьи по специальности «Физика»
Приводятся результаты численного исследования сопротивления тел вращения со степенной формой образующей при сверхзвуковых скоростях набегающего потока. Рассматриваются качественные особенности сверхзвукового обтекания, связанные с сопротивлением оптимальных осесимметричных аэродинамических конфигураций. В классе степенных тел вращения при сверхзвуковом обтекании выявлены особенности возникновения минимума зависимости коэффициента сопротивления от показателя степени образующей. Показано, что коэффициент волнового сопротивления по длине оптимального степенного тела вращения нарастает по зависимости, близкой к линейной.
Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Кравцов А. Н.
Текст научной работы на тему «Особенности сопротивления тел вращения со степенной формой образующей»
УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ 2011
ОСОБЕННОСТИ СОПРОТИВЛЕНИЯ ТЕЛ ВРАЩЕНИЯ СО СТЕПЕННОЙ ФОРМОЙ ОБРАЗУЮЩЕЙ
Приводятся результаты численного исследования сопротивления тел вращения со степенной формой образующей при сверхзвуковых скоростях набегающего потока. Рассматриваются качественные особенности сверхзвукового обтекания, связанные с сопротивлением оптимальных осесимметричных аэродинамических конфигураций. В классе степенных тел вращения при сверхзвуковом обтекании выявлены особенности возникновения минимума зависимости коэффициента сопротивления от показателя степени образующей. Показано, что коэффициент волнового сопротивления по длине оптимального степенного тела вращения нарастает по зависимости, близкой к линейной.
Ключевые слова: тела вращения со степенной формой образующей, сверхзвуковые течения, волновое сопротивление, сопротивление трения.
Фюзеляжи сверхзвуковых летательных аппаратов (ЛА) представляют собой тела с плавными контурами поверхности. На практике встречается большое разнообразие фюзеляжей, однако корпус ЛА во многих случаях представляет собой тело вращения. Носовая часть корпуса, в которой имеет место наиболее сильное изменение формы сверхзвукового ЛА, оказывает большое влияние на аэродинамические нагрузки и суммарные аэродинамические характеристики ЛА в целом. Поэтому для достижения наибольших сверхзвуковых скоростей или максимальной дальности полета сверхзвукового ЛА его корпус должен иметь форму образующей с наименьшим сопротивлением носовой части. Построение осесимметричной носовой части (при заданных ограничениях на габариты), обеспечивающей минимум сопротивления, — задача Ньютона, представляет собой классическую проблему сверхзвуковой аэродинамики. Одним из оптимальных аэродинамических тел по сопротивлению является степенная форма образующей носовой части. Использование носовых частей в виде тел вращения со степенной формой образующей позволяет в значительной мере снизить лобовое сопротивление ЛА при сверхзвуковых скоростях.
В работе приведены результаты численного исследования сопротивления тел вращения со степенной формой образующей у = х" (0 < п < 1) при сверхзвуковых скоростях. Проведен анализ возникновения минимума сопротивления в классе степенных тел вращения. Особое внимание обращено на физику обтекания рассматриваемых конфигураций и выяснение механизмов получения минимума сопротивления тел вращения со степенной формой образующей. Результаты расчетного исследования аэродинамических характеристик тел вращения степенной формы сопоставлены с экспериментальными данными. Закономерности при обеспечении минимума сопротивления оптимальных тел вращения со степенной формой образующей сопоставлены также с результатами исследований оптимальных остроконечных двухпараметрических контуров, полученных в рамках уравнений Эйлера в результате прямого численного метода построения [1]. Остроконечные
КРАВЦОВ Александр Никифорович
кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ЦАГИ
контуры, близкие к оптимальным по волновому сопротивлению, построенные в работе [1], хорошо аппроксимируются двухпараметрической степенной функцией. Параметрами двухпараметрической степенной функции являются геометрические значения производных радиуса остроконечного контура в носке и хвостовом сечении.
Известно, что если образующая тела вращения описывается степенной функцией, то при 0 < n < 1 носовая часть тела затуплена, что соответствует классической теории оптимальных осесимметричных тел при сверхзвуковых скоростях [2], предписывающей обязательное наличие носового торца или малого радиуса затупления. Экспериментальные исследования (см., например, [3, 4]) подтверждают результаты классической теории Ньютона — Буземана о близости оптимальной аэродинамической конфигурации при сверхзвуковых скоростях к телу вращения со степенной формой образующей