On Waverider Aerodynamics Experimental Data Analysis Features


View article
PDF, 8.9 MB


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


Volume 21, issue 2, 2020 year


О некоторых особенностях анализа экспериментальных данных по аэродинамике волнолетов

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


Volume 21, issue 2, 2020 year



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. Küchemann D. The Aerodynamic Design of Aircraft // AIAA education series, 2012. 564 p.
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. Yatsukhno D.S. Computational Study of the Different Waverider Configurations Aerodynamics Physical-Chemical Kinetics in Gas Dynamics, 2020, vol.21, iss.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. Yatsukhno D.S, Surzhikov S.T. Herald of the Bauman Moscow State Technical University: Mechanical Engineering, 2018, no.1, pp. 20-33
17. Silvestrov P., Surzhikov S. Calculation of aerothermodynamics for high-speed aircraft X-43 using computer code UST3D and UST3D-AUSMPW Physical-Chemical Kinetics in Gas Dynamics, 2019, vol.20, iss.4. http://chemphys.edu.ru/issues/2019-20-4/articles/865
18. Surzhikov S.T. Numerical Interpretation of Experimental Data on Aerodynamics of the HB-2 Model Using Computer Codes USTFEN and PERAT-3D // Physical-Chemical Kinetics in Gas Dynamics, 2020, vol.21, iss.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