2 / 18
flows with Mach numbers 7 and 4.5 were studied by means of high-speed
digital video cameras for the flow in flat channel formed by sharp and blunt-
nose wedges. Flat channel internal surface was smooth or had trapezoid cavities
simulating flame stabilizers in the ramjet engine combustion chamber. Numerical
modeling of the studied flow was executed with the aid of computer program
(code) integrating Navier – Stokes system of equations. Comparison of experimental
data with calculation results shows that numerical simulation allows to describe
sufficiently the flow structure observed in experiment. Numerical and experimental
results clearly demonstrate field structure of supersonic flow in the channels
of complicated geometry. Simultaneous calculation and experimental researches
enhance reliability of obtained aerodynamic properties.
Keywords
:
aerodynamic shock tube, experimental investigation, hypersonic airflows,
mathematical modeling of shockwave interaction, gas dynamics equations,
compressible Navier – Stokes equations, control volume method.
Постановка задачи.
Интенсивность физических процессов, про-
текающих вблизи поверхности аэрокосмических и гиперзвуковых ле-
тательных аппаратов (ГЛА), приводит к необходимости изучения тече-
ния газа с большими скоростями и высокими температурами, которые,
как правило, сопровождаются множеством нелинейно связанных фи-
зических процессов, что обусловливает использование комплексного
подхода, который, с одной стороны, опирается на физический экспе-
римент, а с другой — на соответствующие вычислительные модели.
Для исследований такого рода необходимы данные, полученные
в результате экспериментального изучения физических процессов на
уменьшенной (геометрически подобной) модели летательного аппара-
та, которая размещена в тракте ударной трубы [1]. Такие установки
являются достаточно удобным экспериментальным инструментом для
исследования задач аэродинамики и физической газодинамики широ-
кого класса и позволяют выполнить валидацию численных методов.
Быстротечность газодинамических процессов в рабочем тракте удар-
ной трубы, затрудняющая измерения, компенсируется применением
малоинерционных датчиков, бесконтактных средств измерения (тене-
вых, интерференционных) [2–4] с применением оптических приборов
и использованием высокоскоростного регистрирующего оборудования
нового поколения и средств обработки экспериментальных данных.
В настоящей работе приведены результаты экспериментального
и численного исследования ударно-волновых конфигураций, возни-
кающих при гиперзвуковом обтекании элементов конструкции ГЛА.
Исследованы аэродинамические модели плоского канала, образован-
ного:
— острыми клиньями разной толщины;
— острыми клиньями одинаковой толщины с внутренними трапе-
циевидными кавернами;
— затупленными клиньями равной толщины с внутренними трапе-
циевидными кавернами.
ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение” 2015. № 1 5