Расчетно-экспериментальное исследование структуры гиперзвукового потока в плоском канале сложной конфигурации

Выполнено экспериментальное и численное исследование структуры сверхзвукового течения в плоском канале сложной геометрии, моделирующей воздухозаборную и проточную части гиперзвукового прямоточного воздушнореактивного двигателя. Приведено подробное описание используемой экспериментальной установки. Воздушные потоки с числами Маха 7 и 4,5 исследованы с использованием высокоскоростных цифровых видеокамер для случаев течения в плоском канале, образованном острыми и затупленными клиньями. Внутренняя поверхность плоского канала гладкая или имела трапециевидные каверны, имитирующие стабилизаторы пламени в камере сгорания гиперзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя. Численное моделирование изучаемого течения было выполнено с использованием компьютерной программы (кода), интегрирующей систему уравнений Навье- Стокса. Сравнение экспериментальных данных с результатами вычислений показывает, что численное моделирование позволяет адекватно описать структуру потока, наблюдаемого в эксперименте. Численные и экспериментальные результаты наглядно демонстрируют структуру поля сверхзвукового течения в каналах сложной геометрии. Одновременное проведение расчетных и экспериментальных исследований позволяет повысить достоверность получаемых аэродинамических данных.

Литература

[1] Двумерное взаимодействие падающего скачка уплотнения с турбулентным пограничным слоем в присутствии энтропийного слоя / Боровой В.Я., Егоров И.В., Ноев А.Ю. и др. // Механика жидкости и газа. 2011. № 6. С. 88-109.

[2] Герасимов С.И., Файков Ю.И., Холик С.А. Кумулятивные источники света. Са-ров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2011. 327 с.

[3] Герасимов С.И., Файков Ю.И. Теневое фотографирование в расходящемся пучке света. Саров: РФЯЦ-ВНИИЭФ, 2010. 344 с.

[4] Альбом сверхзвуковых течений / под ред. П.И. Ковалев, Н.П. Менде. СПб.: Изд-во Политех. ун-та, 2011. 251 с.

[5] Прикладная аэродинамика / И.Ф. Краснов, В.Н. Кошевой, А.Н. Данилов и др. М.: Высш. шк., 1974. 732 с.

[6] Звегинцев В.И. Газодинамические установки кратковременного действия. Ч. 1. Установки для научных исследований. Новосибирск: Параллель, 2014. 551 с.

[7] Котов М.А., Рулева Л.Б., Солодовников С.И., Суржиков С.Т. Экспериментальные исследования обтекания моделей в гиперзвуковой ударной аэродинамической трубе // 5-я Всеросс. шк.-семинар "Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем": Сб. науч. трудов. М.: ИПМех РАН, 2012. С. 110-115.

[8] Котов М.А., Кузенов В.В. Основные тенденции в проведении исследований гиперзвуковых течений в аэродинамических ударных трубах // Изобретательство. 2013. Т. XIII. № 9. С. 11-25.

[9] Experimental Investigation of an Aerodynamic Flow of Geometrical Models In Hypersonic Aerodynamic Shock Tube / M.A. Kotov, I.A. Kryukov, L.B. Ruleva, S.I. Solodovnikov, S.T. Surzhikov // AIAA 2013-2931. AIaA Wind Tunnel and Flight Testing Aero II. 15 p.

[10] Multiple Flow Regimes in a Single Hypersonic Shock Tube Experiment / M.A. Kotov, I.A. Kryukov, L.B. Ruleva, S.I. Solodovnikov, S.T. Surzhikov // AIAA 2014-2657. AIAA Aerodynamic Measurement Technology and Ground Testing Conference. 22 p.

[11] Gruber M.R., Baurle R.A., Mathur T., Hsu K.-Y. Fundamental Studies of Cavity-Based Flameholder Concepts for Supersonic Combustors // J. of Propulsion and Power. Vol. 17. No. 1. 2001. Р 146-153.

[12] Боровой В.Я. Течение газа и теплообмен в зонах взаимодействия ударных волн с пограничным слоем. М.: Машиностроение, 1983. 141 c.

[13] Barth TJ., Jespersen D.C. The design and application of upwind schemes on unstructured meshes // AIAA Paper. No. 1989-0366, Jun 1989.

[14] Liou M.S., Steffen C.J.Jr. A New Flux Splitting Scheme // J. of Computational Physics. 1993. Vol. 107. Р 23-39.

[15] Venkatakrishnan V. Convergence to Steady State Solutions of the Euler Equations on Unstructured Grids with Limiters // J. of Computational Physics. 1995. Vol. 118. Р 120-130.

[16] Michalak C., Ollivier-Gooch C. Accuracy preserving limiter for the high-order accurate solution of the Euler equations // J. of Computational Physics. 2012. Vol. 228. Р 8693-9711.

[17] Haselbacher A., Blazek J. Accurate and efficient discretization of Navier-Stokes equations on mixed grids // AIAA J. 2000. Vol. 38. No. 11. Р 2094-2102.

[18] Weiss J.M., Maruszewski J.P., Smith W.A. Implicit solution of preconditioned Navier -Stokes equations using algebraic multigrid // AIAA J. 1999. Vol. 37. No. 1. Р. 29-36.

[19] Shu C.-W., Osher S. Efficient Implementation of Essentially Non-Oscillatory Shock-Capturing Schemes II // J. of Computational Physics. 1989. Vol. 83. Р. 32-78.

[20] Geuzaine C., Remacle J.-F. Gmsh: a three-dimensional finite element mesh generator with built-in pre- and post-processing facilities // International J. for Numerical Methods in Engineering. 2009. Vol. 79. No. 11. Р 1309-1331.