Научный отчет № 5301

Название

Аэродинамика и тепломассообмен летательных аппаратов и технологических устройств. (Заключительный).

Авторы

Остапенко Н.А., Зубин М.А., Максимов Ф.А., Чайка А.М., Анохин М.Д., Немирова Т.А., Остроухов В.В., Осипцова Л.В., Маншилин А.П., Леонтьев А.И., Виноградов Ю.А., Лущик В.Г., Бурцев С.А., Здитовец А.Г., Макарова М.С., Попович С.С., Стронгин М.М., Киселев Н.А., Боголепов В.В., Ермолаев И.К., Сухановская Л.Д.

Аннотация

Объект исследований: Пространственные аэродинамические формы в сверх- и гиперзвуковых потоках. Влияние сложных граничных условий на турбулентный тепломассообмен и теплозащиту поверхности в течениях сжимаемого газа; Эффективность газодинамического способа энергоразделения высокоскоростных газовых потоков. Структура пространственных отрывных течений с тепломассоподводом и его влияние на аэродинамическое сопротивление тел вращения. Цель: Решение фундаментальных проблем сверх- и гиперзвуковой аэродинамики, связанных с построением пространственных оптимальных и близких к ним тел различного назначения и комплексные теоретические и экспериментальные исследования их обтекания и аэродинамических характеристик. Решение фундаментальной проблемы теплофизики, связанной с выявлением механизмов влияния внешних воздействий на процессы тепломассообмена, в том числе в устройствах газодинамического энергоразделения высокоскоростных газовых потоков. Изучение возможности управления донным сопротивлением тела вращения, поиск оптимальных способов тепломассоподвода и рациональных конструктивных схем его реализации. Методы исследований: При проведении работ осуществляется математическое и физическое моделирование процессов, реализующихся при сверх- и гиперзвуковом обтекании пространственных форм. В теоретических исследованиях используются аналитические асимптотические и численные методы решения краевых задач, а также аппарат вариационного исчисления. Применяются разнообразные экспериментальные методы исследования обтекания тел, среди которых, в частности, специальный метод лазерной диагностики сверхзвуковых конических пространственных течений газа и тепловизионный метод. Полученные результаты: Получен ряд фундаментальных результатов по аэродинамике пространственных тел и крыльев с системами ударных волн и отрывом пограничного слоя, а также по совершенствованию формы тел с различными изопериметрическими условиями с целью оптимизации их аэродинамических характеристик. Определены предельные значения температурной стратификации между дозвуковым и сверхзвуковым потоками газа, разделенными тонкой стенкой, а также между пограничным слоем сверхзвукового потока и отсасываемым газом. Получены зависимости для коэффициента восстановления температуры и аналогии Рейнольдса на пластине и в трубе в широком диапазоне изменения рабочих параметров. Предложены новые циклы тепловых и холодильных машин, основанные на реализации изотермических процессов подвода и отвода тепла с использованием методов газодинамической температурной стратификации потоков сжимаемого газа. Созданы и модернизированы уникальные экспериментальные стенды и получены фундаментальные данные о влиянии рельефа поверхности на процессы переноса тепла и импульса в турбулентном пограничном слое. Получены надежные экспериментальные данные, подтверждающие работоспособность безмашинного газодинамического метода энергоразделения воздушного потока, основанного на использовании диссипативных эффектов. Проведенные эксперименты подтверждают основные теоретические выводы и являются надежной основой для проведения оптимизационных расчетов и выдачи практических рекомендаций. Исследована структура отрывного течения около тела вращения при воздействии интенсивного теплоподвода, тепломассоподвода, горения, а также влияние этих факторов на аэродинамическое сопротивление; возможность получения донной тяги, когда процесс горения переносится из донной области тела вращения на его боковую поверхность, примыкающую к донному срезу; изучена эффективность использования теплоподвода и тепломассоподвода в донную область с целью уменьшения аэродинамического сопротивления.

Год публикации

2015 г.

Объём

51 с.

Научный руководитель

Остапенко Н.А., Леонтьев А.И., Боголепов В.В.

Ключевые слова

сверх- и гиперзвуковые течения газа, ударные волны, оптимальные аэродинамические формы, пограничный слой, отрывные течения, V-образное крыло, интенсификация теплообмена, адиабатическая температура стенки, безмашинное энергоразделение, коэффициент восстановления температуры, газодинамическая температурная стратификация, тепловыделяющий элемент (ТВЭЛ), донное давление, донное сопротивление, пылевая плазма, теплоподвод