Миронов С.Г. Поплавская Т.В. Кириловский С.В.
Применение высокопористых газопроницаемых материалов в сверхзвуковой аэродинамике
Докладчик: Миронов С.Г.
В последнее время в области сверхзвуковой аэродинамики ведутся исследования по разработке новых методов управления аэродинамическими силами летательных аппаратов с использованием газопроницаемых высокопористых ячеистых материалов (ВПЯМ). Применение вставок из ВПЯМ дает возможность управлять аэродинамическими силами не только механическим изменением размера газопроницаемой вставки, но и тепловым воздействием на гидравлическое сопротивление течению воздуха в порах материала. В представленном докладе приведены результаты экспериментально-расчетного исследования обтекания сверхзвуковым потоком (М = 4,85 и 7) сплошного цилиндра продольного потоку с передней цилиндрической газопроницаемой вставкой из ВПЯМ, а также тонкостенного цилиндра продольного потоку со вставленными внутрь дисками из ВПЯМ. Во всех экспериментах использованы ВПЯМ на основе ячеисто-пористого никеля с величиной пористости 95 %. Трубные эксперименты с первой моделью показали, что по мере увеличения длины вставки волновое сопротивление модели снижается тем больше, чем больше диаметр пор материала и чем меньше отношение диаметра модели к диаметру пор. Было получено максимальное снижение сопротивления на 45 %. Величина снижения сопротивления слабо зависит от числа Маха и числа Рейнольдса, вычисленного по диаметру модели, но существенно зависит от отношения диаметра модели к диаметру пор ВПЯМ. Последнее позволило выявить наличие геометрического критерия подобия обтекания тел с газопроницаемыми пористыми вставками, помимо известных критериев Маха и Рейнольдса. Численное моделирование обтекания цилиндра с передней вставкой из ВПЯМ на основе дискретной модели ячеисто-пористого материала показало хорошее совпадение с данными весовых измерений и шлирен-визуализацией обтекания, а также подтвердило формирование эффективного тела с меньшим волновым сопротивлением за счет перераспределения набегающего потока пористой вставкой и существование геометрического критерия подобия. Экспериментальные и расчетные исследования воздействия нагревания передней вставки показали возможность теплового управления волновым сопротивлением такой модели в пределах 12 % при нагревании пористой вставки на 400 градусов. Другой подход к управлению сверхзвуковым обтеканием тел с пористыми вставками был реализован в трубных экспериментах со второй моделью. Эксперименты показали возможность управления аэродинамическим сопротивлением этой модели в пределах 5 – 7 % путем нагревания на 400 градусов газопроницаемых пористых дисков тлеющим электрическим разрядом. В этом случае управление аэродинамическим сопротивлением основано на термическом (за счет изменения вязкости) регулировании переброски части воздуха из набегающего потока через пористые диски в донную область модели и повышения там давления. Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 015-08-03867).
К списку докладов