Газодинамическое проектирование и численное исследование сверхзвукового контура аэродинамической трубы

Для перспективной трехрежимной аэродинамической трубы прямоточного типа с размером рабочей части 1,2 × 1,2 м, предназначенной для наземных испытаний моделей ракетно-космических и авиационных летательных аппаратов, выполнено газодинамическое проектирование контура и численное моделирование течения для основных сверхзвуковых режимов (М = 2; M = 4). Газодинамическое проектирование контура аэродинамической трубы проведено на основе разрабатываемых в Центральном аэрогидродинамическом институте имени профессора Н.Е. Жуковского методик и опыта эксплуатации имеющихся установок. Рассмотрены как традиционные компоновки тракта с изгибом стенок всех элементов: сопла, рабочей части и диффузора в плоскости XY, так и альтернативные конструкторские разработки с изгибом стенок диффузора в плоскости XZ. При проведении численных исследований во всех областях тракта аэродинамической трубы программным комплексом ANSYS Fluent решались уравнения Навье --- Стокса для вязкого и теплопроводного воздуха с использованием модели турбулентности (Spalart --- Allmaras, SST). Исследовано влияние на характеристики течения угла раскрытия стенок рабочей части, компенсирующего увеличение толщины вытеснения пограничного слоя по длине. Показаны возможности получения достаточно равномерного потока с точностью реализации числа Маха ΔM = ± 0,005 в области размещения модели. Проанализировано влияние геометрических параметров и граничных условий на эффективность работы сверхзвукового диффузора

Литература

[1] Дроздов С.М., Ртищева А.С. Численное исследование течения воздуха в тракте сверхзвуковой аэродинамической трубы. Мат. междунар. конф. "Современные проблемы теплофизики и энергетики". М., 2017, т. 1, 131--132.

[2] Drozdov S.M., Rtishcheva A.S. Numerical investigation of air flow in a supersonic wind tunnel. J. Phys.: Conf. Ser., 2017, vol. 891, art. 012043. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/891/1/012043

[3] Drozdov S.M., Davletkil’deev R.A., Rtishcheva A.S. Numerical and experimental investigation of air flow and heat transfer in a complete circuit of a hypersonic wind tunnel. Int. Conf. HiSST. М., ЦАГИ, 2018.

[4] Дроздов С.М., Давлеткильдеев Р.А., Ртищева А.С. Численное и экспериментальное исследование течения и теплообмена воздуха в полном тракте гиперзвуковой аэродинамической трубы. Ученые записки ЦАГИ, 2019, т. 50, № 2, с. 24--34.

[5] Верховский В.П., Лысак И.В. Численный метод расчета контуров плоских сверхзвуковых регулируемых сопл с использованием сплайн-функций. Ученые записки ЦАГИ, 1982, т. 13, № 4, с. 61--70.

[6] Верховский В.П., Рябоконь М.П., Харитонов В.Т. Влияние отклонения контура плоского регулируемого сопла от теоретического на распределение чисел М сверхзвукового потока газа. Труды ЦАГИ, 1984, № 2208.

[7] Верховский В.П. К расчету плоских сверхзвуковых профилированных сопл. Ученые записки ЦАГИ, 1992, т. 23, № 4, с. 55--63.

[8] Бюшгенс Г.С., ред. ЦАГИ --- основные этапы научной деятельности, 1993--2003. М., ФИЗМАТЛИТ, 2003.

[9] Котиров В.Н., Осипов И.П., Пащенко В.П. О профилировании плоского сверхзвукового сопла, обеспечивающего равномерный поток в выходном сечении. Ученые записки ЦАГИ, 1987, т. 18, № 3, с. 48--56.

[10] Пирумов У.Г., Росляков Г.С. Газовая динамика сопел. М., Наука, 1990.

[11] Тимофеева Т.А., Чистов Ю.И. Определение толщины вытеснения турбулентного пограничного слоя в осесимметричных гиперзвуковых соплах при постоянной температуре стенки. Труды ЦАГИ, 1972, № 1403.

[12] Харитонов А.М. Техника и методы аэрофизического эксперимента. Ч. 1. Аэродинамические трубы и газодинамические установки. Новосибирск, НГТУ, 2005.

[13] Поуп А., Гойн К. Аэродинамические трубы больших скоростей. М., Мир, 1968.

[14] Горлин С.М., Слезингер И.И. Аэромеханические измерения (методы и приборы). М., Наука, 1964.

[15] Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М., Наука, 1991.