close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Внешнее сопротивление и донное давление хвостовых частей фюзеляжей различной формы..pdf

код для вставкиСкачать
УЧЕНЫЕ
т о ом
УДК
ЗАПИСКИ
ЦАГИ
1975
V/·
М3
629.015.3.036:533.697.4
ВНЕШНЕЕ СОПРОТИВЛЕНИЕ И ДОННОЕ ДАВЛЕНИЕ
ХВОСТОВЫХ ЧАСТЕЙ ФЮЗЕЛЯЖЕЙ РАЗЛИЧНОЙ ФОРМbI
Г. Н. Лавру хин
Приведены
результаты
экспериментального
исследования
ного давления и внешнего сопротивления хвостовых
дон­
частей фюзеля­
жей с круглым, овальным и ПРЯМОУГОЛЬНЫI!1 донными срезами в диа­
пазоне чисел М
0,6 - 3,0 внешнего потока. Показано, что при
=
одинаковом законе изменения площади поперечного сечения
хвостовой части отличие внешнего сопротивления
ния моделей различной формы может составлять
возможность
определения
характеристик
и
по длине
донного
40-50%.
давле­
Показана
неосесимметричных хвосто­
вых частей путем пере'Кода к эквивалентной осесимметричной хвос­
товой части с одинаковой площадью донного среза. Переход осуще­
ствляется по двум
геометрическим
параметрам: интегральному углу
сужения и относительной высоте донного уступа.
Внешнее сопротивление и донное давление осесимметричных сужающихся
хвостовых частей при сверхзвуковых скоростях внешнего потока достаточно
подробно исследовано ([1-4] и др.). Имеется также ряд работ, где исследованы
характеристики таких тел при дозвуковой и трансзвуковой скорости внешнего
потока ([5-8] и др.).
В работах [9] и [10] было проведено исследование внешнего сопротивления
хвостовых частей фюзеляжей применительно к компоновке с двумя двигателями.
В работе [11] было исследовано донное давление за прямоугольными усту­
пами с различным отношением высоты к ширине уступа. Однако данные по
исследованию
внешнего
сопротивления
и
донного
давления
сужающихся
хвос­
товых частей фюзеляжей с различной формой донного среза: овальной, прямо­
УГDЛЬНОЙ и др. ограничены. Теоретическое исследование обтекания таких тел,
особенно при трансзвуковых скоростях полета, встречает большие трудности
из-за необходимости учитывать пространственность течения в районе донного
среза.
В настоящей статье представлены результаты экспериментального исследо­
вания донного давления и внешнего сопротивления хвостовых частей фюзеляжей
различной формы в диапазоне чисел М внешнего потока, равных 0,6-3. При
дозвуковой скорости (М
0,8) и' при сверхзвуковой скорости (М:> 1,2) внешнего
<
потока испытания проводились в аэродинамической трубе с отношением площади
рабочей части к площади миделя модели, равным 16. При трансзвуковой ско­
рости (М = 0.8-1,2) испытания проводились в трубе с относительной площадью
рабочей части, равной 64.
Толщина турбулентного пограничного слоя на срезе цилиндрической хвос­
товой части диаметром
при М
=
2,0; 30
Re
=
цилиндрической
равны
(1
-+-
DM
мм при М
= 100
= 3,0.
хвостовой
мм
составляла
Числа
части,
в
Re.
10
мм
при М
определенные
исследованном
по
= 0,6 -+- 0,8;
20
мм
диаметру миделя
диапазоне
чисел М были
2).106.
105
~I"
I
~
~
Н]
8 'f-t-- . /
б
Ко
1'><
•
·
·
">
#7
#2
у
#S
t+1fiL '1
\
м
1
Рд
6;в
li
1
О
1
I:!
1
;; ~'
f'.-: IV'\
'" r---..
о
модели
~117
"'1\
2
v.:
I
F.
-"
Форма
,
Примечание
Круглый цилиндр
---
I
--..
2
0,55
3040'
1
~
3
0,52
40
0,49
~-
4
i
о
0,55
5
0,56
3010'
0,55
6
0,56
3036'
0,29
7
0,56
3040'
0,44
щаяся
~~~*~~~ZZ%2~
1
часть
цилиндр
Овальный цилиндр
~
~.
хвостовая
Сплюснутый круглый
..
Фиг.
106
Цилиндрическая сужаю-
Овальная сужающаяся
хвостовая
I
часть
Сплюснутый овальныЙ
ЦИJ,1индр
Прямоугольный донный
срез
Толщина пограничного слоя и значение числа Re оказываются достаточно
большими и относятся к той области, где их влияние на донное давление и внеш­
нее сопротивление относительно невелико. Поэтому влияние этих параметров
на- характеристики хвостовых частей подробно не рассматривалось.
Исследовались
три
модели,
сечение
миделя
которых
имело форму круга,
и четыре модели, сечеНие миделя которых имело форму овала (см. таблицу
к фиг. 1). Донный срез (заштрихованная часть контура в таблице) имел форму
круга, овала и прямоугольника. Площади миделей всех исследованных моделей
были практичеctи одинаковыми. Круглый
тельную площадь донного среза Fд
были
выполнены
(в
пределах
и
овальный
= Рд/Рм =
± 3%)
с
цилиндры имели относи-
1. Сужающиеся
сохранением
закона
хвостовые
части
площадей,
имели
примерно одинаковые относительную площадь донного среза Fд = 0,52 -+- 0,5б
и удлинение сужающегося участка хвостовой части г= l/DM = 2. Форма наруж­
ной поверхности хвостовой части была выполнена достаточно плавной, переход
с цилиндрической (или овальной) поверхности к конической осуществлялся на
моделях с радиусом скругления наружной поверхности
1,8 п м •
R :::::
Поскольку исследованные
модели хвостовой части имели различную форму
донного среза и переменный угол сужения
хвостовой
части в различных мери­
диональных плоскостя~ то для сравнения характеристик этих моделей вводятся
два
геометрических
параметра.
Первый -- средний
интегральный
угол
сужения
хвостовой
части 6хв =
1
= SОхв d7j, учитывающий изменение угла сужения хвостовой части в различных
u
1
Soii
меридиональных плоскостях, где Охв =
есть средний интегральный угол,
о
учитывающий изменение угла сужения по длине хвостовой части 7. в одной фик­
сированной меридиональной плоскости.
хвостовых
частей
меридиональных плоскостях (т. е. в зависимости от угла ~
Изменение
угла
сужения
исследованных
= 'f'/90 0 )
в
различных
представлено
на фиг. 1, а средний интегральный угол сужения хвостовой части О:Св для иссле­
в таблице к фиг. 1. В дальнейшем под углом сужения
хвостовой части понимается средний интегральный угол сужения О:Св,
дованных моделей дан
Второй параметр - относительная высота донного уступа
7i
[11],
7i =
h/b,
где h и Ь - соответственно высота и ширина эквивалентного донного уступа
с той же площадью донного среза, что и у рассматриваемой модели хвостовой
части (см. фиг.
-товой части
Для осесимметричной (цилиндрической или сужающейся) хвос-
1).
7i = 1
(модель .N.! 1 и 2, см. таблицу к фиг. 1).
Для определения
кости
симметрии
h
достаточно иметь две взаимно перпендикулярные плос­
модели.
Донное давление исследованных вариантов моделей, отнесенное к статиче­
скому давлению во внешнем потоке, представлено на фиг. 2. Измеренное донное
давление Рд осесимметричной сужающейся хвостовой части
(модель.N.! 2) удов­
летворительно согласуе,ТСЯ с расчетным значением донного давления по работе
при соответствующих угле сужения хвостовой части
и
[51
площади донного среза.
Донное давление за овальным цилиндром (модель .N.! 4) близко к донному
давлению за цилиндрическим (или осесимметричным) уступом (модель .N.! 1) при
дозвуковой скорости внешнего потока и ниже на 10-15% донного давления за
осесимметричным уступом при сверхзвуковой скорости внешнего потока (М
1,5 -+- 2). Донное давление сужающихся хвостовых частей с различной формой
=
=
донного
среза
находится
в
промежутке
между
донным
давлением
за
осесиммет­
ричной хвостовой частью и цилиндрическим уступом.
Величина
донного
уступа
донного
давления
интерполируется
сительной высоты донного уступа
соотношение
для
с
отношением
различным
определения
за хвостовыми
с
помощью
h.
к
-
Рд
с
различной формой
параметра
-
отно­
в работе [11] было получено эмпирическое
донного
высоты
частями
геометрического
давления
за
прямоугольными
уступами
ширине:
= Р д -f:J.Рд,
-о
(1)
107
где p~
-
донное давление за осесимметричным
уступом при соответствующем.
числе М внешнего потока, а !J.Рд учитывает влияние относительной
'ТУпа h.
высоты ус­
На фиг. 3 сплошными линиями
нанесены в зависимости от h расчетные
значения !J.Рд по формуле работы [11] при различных числах М внешнего по­
тока. Дискретными точками нанесены [9кспериментальные значения !J.Pд, пр~д­
ставляющие
собой
разность
донного
давления
осесимметричной
сужающейся
=-Т-'-~-""~-;':'i'--!Г-Г-Г-ili
Рд
-.;::
~ 1'>0-..
~ ~ 1""'" '-i::;
'~
..... .....
,"~
~~
1 .....
~g
..... I-A.
~ I:ъ,
'\.',
•
•
-,
0./1
IВ
"
-
2
ал
лз
t----
OJ
"-
Л1
о
1---
I
~~
~
r-......
r---..
I
.AI$
Лб
1,0
j
~'I-
1,2
1,6
1,8
~
", ""4
i\
\
'1
.'< "- f-....5
\
408
Е'1 .
\.
1
'
-
.........
о
()-..
~
'-..
........ t--..
~ i;:".
......
....
Ii-..
r--. r--J.
'"'
-D
!
~
!
I
2,22,'12,6
1'-\
м
l/iLСЛО М
~7
2
а
J
'1
5
Ii
о
1!.
7
о
0,85 0.1 1 LI5 t,.12 2.9)
+
О
v
~
)(
•
ф
о
~
..,
=
у
" "
IВ
IIJ
4
11
о
*
'"
.,
...•
...
А
- - - f7.aCllemOt]
~ ~r-.......,
2 '\
\
~'
2
ЛlJ.
0..12
.......
" r-. -..
2,0
~MoOe
\ \
~
........
I
~
[\'
"
........ '-. 1-. rr-..... r--..
~
r-. t-....
i"'- t-....
Фиг.
о
~
~
...,,~
i
1
0,8
l/
1"'"- t-....
,
I
l~ ~ ~
к,
-.......:
..... ~ ;::::
I
I
0,16
R::
....... 1 .......
JV'I-
--[Л
420
1
~ It.,
........
I
" ..AI7 '
IJ.J
'0,0
~~
r--.....
,
~7
!
"'= .
'"
.........
0,1
l-М=О.7.
<f>
-
-":,
i""'-- -.....е
m JIi -.,.;
2-M=O.R5.
3-М=О.9.
Фиг.
хвостовой части (модель М
2)
t-....
r-. f-...
........ ........
--- :..:::: ::::,..
4-М:=1.45.
h
5-М=2+З
3
и донного давления хвостовых частей
с
соответ­
ствующим значением относительной высоты донного уступа h (см. фиг. 2).
Удовлетворительное согласование расчетных и измеренных значениЙ!J.Рд пока­
зывает,
что
с различной
давления
к ширине
за
характер
формой
изменения
донного
прямоугольными
[11],
донного
среза
уступами
т. е. переходу течения
при уменьшении
h.
давления
за
сужающимися
аналогичен характеру
с
от
различным
отношением
осесимметричнnго
хвостовыми
изменения донного
высоты
уступа
случая к плоскому
При этом величину донного давления за сужающейся хвос­
'Товой частью с различным значением относительной высоты уступа можно опре-
делить по соотношению (1), где за величину P~ принимается величина донногд
за сужающейся хвостовой частью, определенная по работе [5] при
давления
соответствующих значениях относительной площади донного среза F'д и
рального угла сужения хвостовой части 6хв ,
108
интег­
а !J.Рл. определяется для соответст-
вующего значения
по фиг. 3.
относительной высоты донного
уступа
по работе
h
[!!]
или
Измеренные коэффициенты внешнего сопротивления С Х исследованных мо­
делей представлеlllЫ на фиг. 4. Коэффициент сопротивления
с х представляет
собой разность из~еренной силы сопротивления хвостовой части и силы трения
эквивалентного овального или круглого цилиндра (модель .N! ! и 4), отнесенную
к скоростному напору внешнего потока и к площади миделя моделей. Величина
......
I /...
.! "- 'f:.. ~
:!J .- г::;-- .......... ~
"
0,05
0,03
.- v''/
~
~
1;'"
/' ~) "181
"...... ~
.......... f..4.
081
r--
9Ai
~
..
[6]
......... r-.
---- ----
-.... ~
......-
,-"'"1-- r-
n-. гf'";: 1---
1-- 1-- г1-- 1--....
-
--- ---
; - г--
rs
&1
t:::-
.- [9], [70]
401
О
1-,..
I
0.6
0.8
II-модель
,
1,0
N! 5;
О-модель
1,8
2,0
2,2
2,6
2,'1
2,8
М
N. 2; 6-модель .1'iI 7; А-модель N! 6; .-модель N. 3
Фиг.
4
коэффициента сопротивления осесимметричной хвостовой части (N2 2) практи­
чески совпадает с величиной с х , аналогичной хвостовой части по работе [6] при
числе М
0,9.
=
Измеренные коэффициенты сопротивления различных вариантов хвостовой
части (фиг. 4) оказываются выше значения с х осесимметричной хвостовой части
(.N! 2), причем максимальное отличие наблюдается у модели .N! 3, которая имеет
наиболее значительiюе изменение угла сужения хвостовой части !lXB в меридио­
нальной плоскости (см. фиг. 1).
Отмеченное различие в величине коэффициента сопротивления имеет место
несмотря на то, что хвостовые части имели практически одинаковый (в пределах
±3%) закон изменения площади поперечного сечения по длине сужающейся
хвостовой части .
. для сравнения данных настоящей статьи с результатами работ [9, 10] необ­
ходимо определить введенный в этих работах параметр (Integral Меап Slope)
1
IMS
=
!
---1- Fд
SdF
--= dF,dx
характеризующий закон изменения площади поперечного
Fд
сечения
хвостовой
части.
Поскольку
для
исследованных
в
настоящей работе
закон изменения площади в пределах ±3% был одинаковым, то величина !MS
этих моделей состаВЛjJет '" 0,22-0,24. Значения коэффициента сопротивления по
работам [9, 10!, соответствующие этой величине
и удовлетворительно согласуются с измеренными
представлены на
настоящей работе
IMS,
в
фиг. 4
значе­
сх .
Полученное по результатам измерений в настоящей работе различие коэф­
фициентов сопротивления неосесимметричных хвостовых частей по сравнению
с осесимметричной (фиг. 4) можно связать с относительной высотой донного
ниями
уступа
h,
давления
и
аналогично тому, как это было сделаlЮ выше для величины
донного
= 0,6-+-3
суживающейся неосесимметричной
Как показали исследования, проведенные в диапазонах чисел М
h = 0,29 -+- 1,
коэффициент
сопротивления
хвостовой части с различной формой донного среза может быть представлен как
(2)
109
r де C~
-
коэффициент сопротивления эквивалентной осесимметричной хвостовой
части с одинаковой площадью донного среза и имеющей угол сужения, равный
интегральному углу сужения неосесимметричной хвостовой части;
(3)
есть
поправка,
учитывающая
изменение
относительной
высоты
или
степень
.сплюснутости· донного уступа.
Как показали измерения, величины Ас х слабо зависят в исследованных диа­
пазонах параметров от числа М внешнего потока (в пределах
5% от измерен­
ной величины С х )'
±
0,05
t"
{/';
~
;:#- ~
~ОЗ
~
-'
у
.;:.
C;:J+
0,01
0.2
о OJ
0.0
0,1/
"
:'~ ,
~02
О
/' /'
0,50, 7
0,8
~O
0.9
1,1
м
о)
а.)
-
.. -
-
по
работам
Фиг.
[9, 10), !'MS
=
0,32
5
В заключение проиллюстрируем возможность определения с помощью со'
отношения (2) и (3) коэффициента сопротвления хвостовой части с более слож­
ной формой донного среза. Эти результаты представлены на фиг
5, г де пока­
зано изменение угла конусности хвостовой части в меридиональной плоскости
(фиг. 5, а) и представле,на величина коэффициента сопротивления при числах
М ='0,68+0,98 (фиг. 5, б). Относительная площадь донного среза модели Fд =0,75,
интегральный угол сужения хвостовой части равен 70. Высота эквивалентного
прямоугольного донного уступа для модели с такой формой донного среза опре­
деляется как расст,ояние между линиями, по обе стороны от которой имеет
место равенство площадей
отсекаемых· участков донного среза (фиг. 5, б).
Ширина донного уступа определяется по известной площади донного среза F
и высоте h, как Ь
Fjh.
КОЭффИЦИ'ент
сопротивления
осесимметричной хвостовой части с углом
=
конусности 70 и относительной площадью донного среза Fд
фиг.
5,
= 0,75
б штрих-пунктирной линией и оказывается несколько ниже
показан на
измеренного
значения. КоЭффициент сопротивления рассматриваемой модели (ft = 0,44), опре­
деленный по соотношению (2) и (3) (см. фиг. 5, б - пунктирная линия), удовлет­
согласуется с измеренными значениями СХ '
Определенный с помощью параметра IMS КОЭффициент внешнего сопро­
тивления с х [9, 10] оказывается несколько ниже измеренного (фиг. 5, б) (для
рассматриваемой хвостовой части IMS = 0,32).
ворительно
Таким
образом,
проведенные
исследования
показали,
сопротивления и донное давление неосесимметричных
что
коэффициент
хвостовых
частей, имею­
щих одинаковыЙ (в пределах ±3%) закон изменения площади по длине хвосто­
вой части, зависят от формы донного среза. Хара.ктеристики неосесимметричной
хвостовой
110
части
с
различной
формой
донного
среза
можно
определить как
характеристики 9квивалентной
осесимметричной
хвостовой части с той же
()тносительной площадью донного среза и углом сужения, равным интеграль­
ному углу сужения несимметричной хвостовой части, с учетом поправки на
()тносительную высоту (или степень .сплюснутости") донного уступа.
ЛИТЕРАТУРА
1. InternaI aerodynamlcs munual, т. 11, Columbus, JlIП., 1970.
2. А d d у А. L. Trllst-mlnlls-drag орtiтizаtiоп Ьу base bIeed апd/оr
Ьоаttаiliпg.• J. Spacecraft". vol. 7, N 11, 1970.
3. С h а р т а п О. R. Ап апа1уsls 01 base pressure а! sуреrsопlс
ve10citles and comparlson with ехреriтепt. Report NASA, N 1051, 1951.
4. М 1111 е r Т. J., Н а 11 С. R., R о а с h е Р. J. ТЬе InfIlIence
of Initia1 flow directlon оп the turbulent base pressllre in supersonic axlsymmetrlc flow. AIAA Paper, N 70-555, 1970.
5. С о к о л о в В. Д. Донное давление на срезе осесимметрич­
ных тел с центральной реактивной струей .• ~'ченые записки ЦАГИ',
т. 11, N2 4, 1971.
6. М с D о n а 1 d, Н У g е s Р. Е. А correlation of high subsonlc
afterbody drag In the presence of а propulslve jet оп sllpport sting. J. Alrcraft, N 3, 1965.
7. Grund Е. W., Presz 1. R., and l(onarski М. Predlcting
alrframe/exaust nozzle Interactlon а! transonic Mach nllffibers. AIAA Paper,
N 71-720, 1971.
8. В е h е i т М. А., В о k е n Ь о т А. S. VariabIe geometry requlrетепts in iп1еt and exhaust nozzles for high МасЬ пuтЬеr applicatlon.
ICAS Paper, N 68-20, 1968,
9. G 1 а s g о YI Е. R. and S а n t т а n О. М. Aft·end design crlteria
and реrfоrmапсе. prediction methods аррliсаЫе to air superiority flghters
havlng twln burrled engines and dual nozz1es.
10. S w а v еl у С. Е. and S о i 1 е а u J. Р. Aircraftafterbody/propu1sIon system Integratlon for low drag. AIAA Paper, N 72-1101, 1972.
11. Л а в р у х и н Г. Н. Донное давление за прямоугольными
уступами
с' различиыми
отношениями
высоты
к
ширине
уступа .
• Ученые записки UАГИ", т. 1, .N2 2, '1970.
Рукопись поступила
20/1/1 1974
г.
Документ
Категория
Без категории
Просмотров
3
Размер файла
325 Кб
Теги
внешней, сопротивления, частей, pdf, давления, различного, хвостовых, формы, фюзеляжем, донной
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа