ИСТИНА

Представлены результаты экспериментального исследования сверхзвукового обтекания осесимметричной кольцевой каверны прямоугольного сечения на цилиндрическом теле с коническим наконечником под углом атаки в диапазоне 0-6 градусов при непрерывном изменении длины каверны. В зависимости от отношения длины L каверны к ее глубине h возможны две отличающиеся друг от друга схемы течения. Если L/h мало, реализуется открытая схема. В этом случае в полости каверны возникает дозвуковое циркуляционное течение, отделенное от внешнего потока слоем смешения. Если L/h превышает некоторое критическое значение, реализуется замкнутая схема. В этом случае в каверне образуются две изолированные области отрыва, одна за передним, другая перед задним уступом, во внешнем поле течения возникают скачки уплотнения. В реальных условиях обтекание осесимметричных тел зачастую происходит под углом атаки, при этом в кольцевой каверне нарушается осевая симметрия потока. Из-за взаимного влияния через дозвуковые области каверны наветренного и подветренного потоков около тела возникают более сложные структуры течения, чем при осесимметричном обтекании. Изучение таких структур и особенностей трехмерного сверхзвукового отрывного обтекания кольцевых каверн имеет важное практическое значение при выборе оптимальных схем обтекания тел с кавернами и управления течением в каверне. Экспериментальная модель представляла собой цилиндрическое тело диаметром D=45 мм. На теле соосно с ним смонтирована цилиндрическая штанга диаметром d=29 мм. Штанга установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно тела вдоль оси симметрии. На свободном конце штанги установлен конический наконечник. Между телом и наконечником образована кольцевая каверна с равновеликими высотами h=8мм переднего и заднего уступов. Варьировался угол полураствора конического наконечника β=10, 20 и 30°. Эксперименты выполнены в аэродинамической трубе А-7 НИИ механики МГУ при числах Маха и Рейнольдса М=3, Re=1.6×106. Экспериментальная модель устанавливалась в рабочей части трубы на державке под нулевым углом атаки. После запуска трубы и выхода ее на рабочий режим модель перемещалась на заданный угол атаки, после чего непрерывно изменялась протяженность каверны, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Скорость изменения длины каверны достигала 2 мм/с. Осуществлялась скоростная съемка шлирен-изображений картин течения. Регистрировалось давление на заднем уступе каверны на расстоянии h/2 от дна каверны. По параметру относительной протяженности каверны в зависимости от угла атаки определены границы переходной области, в пределах которых реализовывались как открытая, так и замкнутая схемы обтекания. Установлено, что верхняя граница переходной области практически не меняется при изменении условий обтекания, определяемых геометрией головного наконечника и углом атаки. Нижняя граница и, соответственно, протяженность переходной области, чувствительны к изменению условий обтекания каверны. Описаны основные стадии перестройки режимов течения при смене схем обтекания на границах переходной области. Показано, что режим обтекания в переходной области зависит от предыстории течения. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ, грант № 15-01-99623.