ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ОБТЕКАНИЯ СВЕРХЗВУКОВЫМ ПОТОКОМ УДОБООБТЕКАЕМОГО ТЕЛА

Аннотация: в статье приведен расчет обтекания тела потоком воздуха со скоростями от 340 м/с до 500 м/с на высоте 20 км

Ключевые слова: число Маха, сверхзвук, гиперзвук, обтекание.

На сегодняшний день авиационная и ракетно-космическая техника подошла к вопросу создания воздушных судов грузового и пассажирского назначения, способных передвигаться со сверхзвуковой скоростью с минимальным расходом топлива [1]. Для обеспечения минимального расхода предлагается полет в высших слоях атмосферы, и обеспечения максимальной аэродинамичности, для снижения воздушного сопротивления. Одной из характерных задач оценки высокоскоростных аэродинамики является наружное обтекание скоростным потоком тел различной конфигурации [2].

Численное трехмерное моделирование проводилось путем последовательных расчетов с постепенным увеличением скорости. При этом результаты расчета использовались как начальные условия для текущего расчета. Вокруг объекта была сформирована расчетная область размерами 1м на 7м.

В связи с тем, что объект является осесимметричным, для расчета использовался сектор в 15º (рисунок 1).

Рисунок 1. Трехмерная модель, сектор 15º

На модели исследуемого тела была сгенерирована конечно-объемная сетка с количеством элементов более 13 млн и 10-ю пристеночными слоями.

Рассмотрим картину обтекания модели с помощью программного комплекса ANSYS CFX.

Были заданы граничные условия (ГУ). Моделью рабочего тела выбран Air Ideal Gas, ссылочное давление в модели P_ref=5529 Па, модель переноса тепла – Total Energy, турбулентность в модели Shear Stress transport.

На ГУ Inlet устанавливается статическое давление P_н=0 Па, скорость набегающего на исследуемое тело потока w_н=340,6 м/с под углом атакти 0º и статическая температура Т_н=216,77 К, режим полета Supersonic. Для имитации течения воздуха, обдувающего летательный аппарат в полете устанавливаем Air с ГУ типа «Opening» с параметрами: P_н= 0 Па, T_н = 216,77 К. На выходе из модели - Outlet установлено ГУ Opening с параметрами Т_н=216,77 К. Модель с заданием на ней ГУ представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. ГУ на модели

На рисунках 3–6 представлены результаты расчетов в виде общей картины обтекания модели в плоскости симметрии, в форме распределения давления, распределения температур, полей местных чисел маха и полей скоростей.

Рисунок 3. Изменение температуры воздуха по длине модели при w_н=340 м/с

Рисунок 4. Изменение температуры воздуха по длине модели w_н=499,6 м/с

Рисунок 5. Изменение числа Маха по длине модели при w_н=340 м/с

Рисунок 6. Изменение числа Маха по длине модели w_н=499,6 м/с

Список литературы:

1. Зуев Ю.В., Лепешинский И.А. Приближенный газодинамический расчет сверхзвукового прямоточного воздушно-реактивного двигателя: Учебное пособие. - М.: Изд-во МАИ, 2009. - с.: ил.
2. Баранцев Р.Г. Гиперзвуковая аэродинамика идеального газа. Учебное пособие. – Редакционно – издательский отдел ЛГУ., Ленинград 1983 – 116с.