О сверхзвуковом обтекании кольцевых каверн под углом атаки


Просмотр статьи
PDF, 4,6 МБ

On Supersonic Flow over an Circular Cavities at Angle of Attack

Experimental studies results of supersonic flow of an axisymmetric cylindrical-conical body with an annular cavity of rectangular axial cross-section at Mach number M=2.5 at the angle of attack are represented. Data visualization of the flow structure, pressure measurements and weight test was obtained for the range of relative cavity lengths of 6-18. The structure evolution and parameters of the flow past a cavity was studied with a continuous change in the angle of attack in the range from -4 to 16 degrees. Different flow regimes corresponding to closed, open and combined schemes of the cavity flow were identified. The ranges of existence of aerodynamic hysteresis in the transition of flow regimes from one scheme of flow past a cavity to another were estimated in the space of dimensionless determining parameters of the problems.

annular cavity, supersonic flow, angle of attack, aerodynamic hysteresis

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.19.1.734

Сергей Владимирович Гувернюк, Александр Федорович Зубков, Михаил Михайлович Симоненко

Том 19, выпуск 1, 2018 год



Представлены результаты экспериментальных исследований сверхзвукового обтекания осесимметричного цилиндроконического тела с кольцевой каверной прямоугольного осевого сечения под углом атаки при числе Маха М=2.5. Данные визуализации структуры обтекания, измерений давления и весовых испытаний получены для диапазона относительных длин каверны 6-18. Изучена эволюция структуры и параметров обтекания каверны при непрерывном изменении угла атаки в диапазоне от -4 до 16 градусов. Идентифицированы различные режимы течения, соответствующие замкнутой, открытой и комбинированной схемам обтекания каверны. В пространстве безразмерных определяющих параметров задачи оценены диапазоны существования аэродинамического гистерезиса при переходе режимов течения от одной схемы обтекания каверны к другой.

осесимметричное тело, кольцевая каверна, сверхзвуковой поток, угол атаки, аэродинамический гистерезис

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.19.1.734

Сергей Владимирович Гувернюк, Александр Федорович Зубков, Михаил Михайлович Симоненко

Том 19, выпуск 1, 2018 год



1. Charwat A.F., Roos J. N., Dewey F.C., Hitz J.A. An Investigation of Separated Flows-Part I: The Pressure Field // Journal of the Aerospace Sciences, 1961. 28, 457-470.
2. Stalling R.L., Wilcox F.J. Experimental cavity pressure distribution at supersonic speeds. NASA TP 2683, 1987.
3. Zhang J., Morishita E., Okunuki T., Itoh H. Experimental investigation on the mechanism of flow-type changes in supersonic cavity flows // Transactions of the Japan Society for Aeronautical and Space Sciences. 2002. 45 (149), 170-179.
4. Lawson S.J., Barakos G.N. Review of numerical simulations for high-speed, turbulent cavity flows // Progress in Aerospace Sciences. 2011. 47, 186-216
5. Чжэн П. Отрывные течения. Т. 2. М.: Мир, 1973, 280 с.
6. Пензuн В. И. Отрывное течение в кольцевой выемке // Ученые записки ЦАГИ. 1976. VII (6), 124-130.
7. Швец А.И. Исследование течения в цилиндрическом вырезе на осесимметричном теле при сверхзвуковом обтекании // Известия РАН. Механика Жидкости и Газа. 2002. 1, 123-131.
8. Гувернюк С. В., Зубков А. Ф., Симоненко М. М. О наблюдении аэродинамического гистерезиса при сверхзвуковом обтекании кольцевой каверны на осесимметричном теле // Успехи механики сплошных сред. Сб. докладов Международной конференции, приуроченной к 75-летию акад. В.А. Левина. ООО "Мегапринт", Иркутск. 2014, 163-168.
9. Гувернюк С. В., Зубков А. Ф., Симоненко М. М., Швец А.И. Экспериментальное исследование трехмерного сверхзвукового обтекания осесимметричного тела с кольцевой каверной // Известия РАН. Механика Жидкости и Газа. 2014. 4, 136-142.
10. Гувернюк С. В., Зубков А. Ф., Симоненко М. М. Экспериментальное исследование сверхзвукового обтекания осесимметричной кольцевой каверны // Инженерно-физический журнал. 2016. 89 (3), 670-679.
11. Mohri K., Hillier R. Computational and experimental study of supersonic flow over axisymmetric cavities // Shock Waves. 2011. 21, 175-191.
12. Sinha J., Das S., Kumar P., Prasad J.K. Computational Investigation of Control Effectiveness on a Near Transition Open and Closed Axisymmetric Cavity // Advances in Aerospace Science and Applications. 2014. 4 (1), 45-52.
13. Савельев А.Д. Численное моделирование обтекания протяженных выемок сверхзвуковым потоком // Ученые записки ЦАГИ. 2011. XLII, 3, 60-72.
14. Аксенов А.А., Гувернюк С.В., Дерюгин Ю.Н. и др. Численное исследование гистерезиса сверхзвукового турбулентного обтекания тела с кольцевой каверной в программном комплексе ЛОГОС. Материалы 14-й Междунар. конф. «Супервычисления и математическое моделирование». Саров: ФГУП «РФЯЦ-ВНИИЭФ». 2012. 164-166.
15. Иванов И.Э., Крюков И.А., Ларина Е.В., Тарасевич А.Г. Численное моделирование обтекания осесимметричного тела с кольцевой каверной // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2015. 16 (2), http://chemphys.edu.ru/issues/2015-16-2/articles/583/.
16. Zhang X., Edwardst J.A. Experimental Investigation of Supersonic Flow over Two Cavities in Tandem // AIAA Journal. 1992. 30 (5), 1182-1190.
17. Зайковский В.Н., Смульский Я.И., Трофимов В.М. Влияние последовательных каверн на теплообмен в сверхзвуковом потоке // Теплофизика и аэромеханика. 2002. 3, 423-430.
18. Palharini R.C., Scanlon T. J. Aerothermodynamic Comparison of Two- and Three-Dimensional Rarefied Hypersonic Cavity Flows // Journal of Space-craft and Rockets. 2014. 51 (5), 1619-1630.
19. Cattafesta L. N., Song Q., Williams D. R., Rowley C. W., Alvi F.S. Active Control of Flow-Induced Cavity Oscillations // Progress in Aerospace Sciences. 2008. 44, 479-502
20. Zhuang N., Alvi F.S., Alkislar M.B., Shih C. Supersonic Cavity Flows and their control // AIAA Journal. 2006. 44 (9), 2118-2128.
21. Vikramaditya N.S., Kurian J. Experimental study of influence of trailing wall geometry on cavity oscillations in supersonic flow // Experimental Thermal and Fluid Science. 2014. 54, 102-109.
22. Mathur T., Gruber M., Jackson K., Donbar J., Donaldson W., Jackson T., Billig F. Supersonic Combustion Experiments with a Cavity-Based Fuel Injector // Journal of Propulsion and Power. 2001. 17 (6), 1305-1312.
23. Ukai T., Zare-Behtash H., Erdem E., Lo K. H., Kontis K., Obayashi S. Effectiveness of jet location on mixing characteristics inside a cavity in supersonic flow // Experimental Thermal and Fluid Science. 2014. 52, 59-67.
24. Аэродинамические установки Института механики Московского университета. Под ред. Г.Г. Черного, А.И. Зубкова, Ю.А. Панова. М.: Изд-во МГУ. 1985.44 с.