О некоторых особенностях анализа экспериментальных данных по аэродинамике волнолетов


Просмотр статьи
PDF, 8,9 МБ

On Waverider Aerodynamics Experimental Data Analysis Features

The study is devoted to the investigation of the waverider experimental data interpretation. Two features affects the correct comparison opportunity. The first is the virtual and experimental models differences, i.e. the different wetted area. The second is the drag coefficient terms evaluation: pressure drag, skin friction and base drag. The skin friction calculations were performed by the flat plate correlations. The results show that skin friction plays the significant role in the overall drag within the wide Mach number range.

waveriders, skin friction, base drag, lif-to-drag ratio

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.21.2.907


Том 21, выпуск 2, 2020 год



Данная статья посвящена исследованию отдельных вопросов интерпретации экспериментальных данных по аэродинамическим характеристикам волнолетов. Среди факторов, непосредственно влияющих на возможность корректного сопоставления результатов расчетов и эксперимента, выделяются два. Во-первых, локальное несовпадение формы виртуальной модели волнолета и образца для стендового испытания, которое заключается в некотором различии площадей смачиваемой поверхности. Во-вторых, структура коэффициента лобового сопротивления исследуемой конфигурации, который включает в себя компоненты, обусловленные давлением, поверхностным трением и со-противлением донного среза. Расчет поверхностного трения осуществлялся с использованием приближенной методики, основанной на определении локального коэффициента трения по соотношениям для плоской пластины как в ламинарном, так и турбулентном случае. Результаты расчетов показывают, что учет поверхностного трения качественно меняет характер распределения коэффициента лобового сопротивления при различных числах Маха.

волнолеты, поверхностное трение, донное сопротивление, аэродина-мическое качество

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.21.2.907


Том 21, выпуск 2, 2020 год



1. Bowcutt K.G., Anderson J.D., Capriotti D. Viscous Optimized Hypersonic Waveriders // AIAA Paper 87-0272. 1987. pp. 1-19 https://doi.org/10.2514/6.1987-272
2. Corda S., Anderson J.D. Viscous Optimized Hypersonic Waveriders Designed from Axisymmetric Flow Fields // AIAA Paper 88-0369. 1988. pp. 1-14 https://doi.org/10.2514/6.1988-369
3. Кюхеман Д. Аэродинамическое проектирование самолетов. М.: Машиностроение, 1983. 656 с.
4. Liao J.-R., Isaac K.M., Miles J.B., Tsai B.-J. Navier-Stokes Simulation for Cone-Derived Waverider // AIAA Journal. 1992. Vol. 30. No. 6. pp. 1521-1528 https://doi.org/10.2514/3.11096
5. Kato H., Tannehill J.C. Numerical Calculation of Viscous Flow Over Hypersonic Waveriders // AIAA Paper 97-2292. 1997. pp. 1-11 https://doi.org/10.2514/6.1997-2292
6. Bauer S.X.S. Analysis of Two Viscous Optimized Waveriders // Proc. of the 1st Int. Hyper. Waver. Symp. 1990. pp. 1-27.
7. Walz A. Boundary Layers of F1ow and Temperature, 1969, MIT Press
8. White F. Viscous Fluid Flow. McGraw Hill, 1974, pp. 653–657
9. DiCristina V. Three-Dimensional Laminar Boundary Layer Transition on a Sharp 80 Cone at Mach 10 // AIAA Journal. Vol. 8. No. 5. 1970, p. 855
10. Harris J.E., Blanchard O.K. Computer Program for Solving Laminar, Transitional and Turbulent Compressible Boundary Layer Equations for Two Dimensional and Axisymnetric Flows // NASA–TM 83207. 1982.
11. Takashima N., Lewis M.J. Navier-Stokes Computation of a Viscous Optimized Waverider // J. Spac. Rock. 1994. V. 31. № 3. pp. 383-391.
12. Anderson J.D., Jr. Hypersonic and high temperature gas dynamics. NY: McGraw-Hill Book Com-pany. 1989
13. Яцухно Д. С. Численное моделирование аэродинамики волнолетов, построенных на скачках уплотнения различной формы//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2020. Т.21, вып. 1. http://chemphys.edu.ru/issues/2020-21-1/articles/881/
14. Surzhikov S.T. Validation of computational code UST3D by the example of experimental aerody-namic data // Journal of Physics: Conference Series. 2017. Vol. 815. No 12023 https://doi.org/10.1088/1742-6596/815/1/012023
15. Surzhikov S.T. Comparative Analysis of the Results of Aerodynamic Calculation of a Spherical Blunted Cone on a Structured and Unstructured Grid // Journal of Physics: Conference Series. 2019. Vol. 1250. No 012007 https://doi.org/10.1088/1742-6596/1250/1/012007
16. Яцухно Д.С., Суржиков С.Т. Метод расщепления по физическим процессам в задаче моде-лирования обтекания перспективного высокоскоростного летательного аппарата // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. «Машиностроение». 2018. № 1. С. 20-33
17. Сильвестров П.В., Суржиков С.Т. Расчет аэротермодинамики высокоскоростного летатель-ного аппарата X-43 с использованием компьютерных кодов UST3D и UST3D-AUSMPW // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2019. том 20, выпуск 4. http://chemphys.edu.ru/issues/2019-20-4/articles/865
18. Суржиков С.Т. Численная интерпретация экспериментальных данных по аэродинамике мо-дели HB-2 с использованием компьютерных кодов USTFEN и PERAT-3D // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2020. Т.21, вып. 1. http://chemphys.edu.ru/issues/2020-21-1/articles/900
19. Hu Z., Zha G. Simulation of 3D Flows of Propulsion Systems Using an Efficient Low Diffusion E-CUSP Upwind Scheme // AIAA Paper 2004-4082. 2004. pp. 1-12 https://doi.org/10.2514/6.2004-4082
20. Rasmussen M.L. Experimental Forces and Moments on Cone-Derived Waveriders for M=3 to 5 // Journal of Spacecraft and Rockets. 1982. Vol. 19. No. 6. pp. 592-598 https://doi.org/10.2514/3.62306
21. White Frank M. Hypersonic Laminar Viscous Interactions on Inclined Flat Plates // ARS Journal, 32:780-781, 1962.
22. Cockrell Ch.E. Vehicle Integration Effects on Hypersonic Waveriders // NASA-TM-109739. 1994. 132 P. https://ntrs.nasa.gov/archive/nasa/casi.ntrs.nasa.gov/19940029612.pdf