Ваш браузер устарел и не обеспечивает полноценную и безопасную работу с сайтом.
Установите актуальную версию вашего браузера или одну из современных альтернатив.
Теоретические и экспериментальные исследования [1, 2] показали, что тела звездообразной формы при сверхзвуковых скоростях позволяют значительно снизить аэродинамическое сопротивление. С учетом того, что минимальное сопротивление реализуется на режимах с присоединенными к передним кромкам ударными волнами, теоретические и расчетные исследования базировались на данных моделирования в одном цикле звездообразного тела. При нулевом угле атаки этого достаточно, чтобы дать оценку коэффициента сопротивления. О характеристиках тел звездообразной формы при углах атаки имеются ограниченные экспериментальные результаты [3, 4]. Цель данной работы получить оценку коэффициента подъемной силы тел звездообразной формы.
На основе модели невязкого газа реализован алгоритм согласованного расчета всех циклов, позволяющей построить обтекание звезды в целом, в том числе и при наличии угла атаки. Если кромки звездообразного тела являются сверхзвуковыми и около них реализуется режим течения с присоединенной ударной волной или волной разрежения, то внутри каждого цикла строится своя расчетная сетка. В зависимости от параметров геометрии возможно использование двух вариантов построения сетки: либо из набора лучей из кромок [5], либо из набора кривых Безье, соединяющих две кромки [6]. Если хотя бы одна кромка звездообразного тела является дозвуковой, то необходимо рассматривать течение около звёздообразного тела в целом. Сетка в этом случае строится с помощью конформного отображения внешности единичного круга на внешность звезды. Для всех способов построения расчетной сетки реализован алгоритм решения задачи о сверхзвуковом обтекании звездообразного тела на основе уравнений Эйлера в коническом приближении.
Тестовые расчеты в условиях, когда моделирование может быть реализовано при разных подходах к построению расчетной сетки, показали, что результаты по оценке аэродинамических свойств не зависят от использованного подхода, но для повышения качества разрешения ударных волн и других особенностей течения может требоваться значительно разное количество узлов расчетной сетки.
Для подтверждения достоверности расчетного коэффициента нормальной силы проводились испытания в аэродинамической трубе серии моделей звездообразных тел при числе Маха М = 6 в диапазоне углов атаки до 10°. Результаты экспериментального и численного исследований хорошо согласуются.
Выполнены параметрические расчеты по числу Маха при угле атаки в один градус звездообразных тел с различным числом циклов при нескольких значениях стреловидности передней кромки. Результаты обработаны в параметрах линейной теории тонкого крыла. Важным является то, что существенный вклад в величину подъемной силы звездообразных тел вносит клиновидный профиль сечения. Данный факт для плоских крыльев показан в [7].
По результатам расчетов для звездообразного тела с числом циклов n = 4 предложена формула оценки коэффициента подъемной силы. В формуле к слагаемому, соответствующему линейной теории, добавляется член, который линейно зависит от величины угла между нормалью к поверхности тела и осью тела. Для прогнозирования характеристик с большим числом циклов (до n = 12) получен коэффициент изменения подъемной силы относительно коэффициента подъемной силы при n = 4.
Проведены расчеты в широком диапазоне изменения по углам крена и атаки. Для звездообразного тела с числом циклов n = 2 и 3 подъемная сила значительно зависит угла крена, а при n = 4 и больше зависимость подъемной силы от угла крена проявляется только при больших углах атаки. Результаты тестовых расчетов подтверждают, что разработанный метод моделирования позволяет проводить расчеты в широком диапазоне изменения определяющих параметров задачи, в том числе и при значительных углах атаки (до 25 градусов).
Решение в рамках уравнений Эйлера согласно предложенным в [2] методикам дополнено алгоритмами определения коэффициентов трения и донного сопротивления, что позволяет получить не только волновое сопротивление, но также и полное сопротивление звездообразного тела. По результатам расчетов получены зависимости полного сопротивления от параметров задачи. В частности, расчеты проведены для определения геометрических параметров звездообразного тела с минимально возможными значениями полного сопротивления.
Разработаны методы расчета обтекания звездообразного тела под углом атаки. Результаты расчетов хорошо согласуются с экспериментальными данными по величинам аэродинамических коэффициентов. По результатам параметрических расчетов предложена модель оценки коэффициента подъемной силы в зависимости от определяющих параметров.
