ИСТИНА

Представлены результаты экспериментального исследования сверхзвукового обтекания осесимметричной кольцевой каверны прямоугольного сечения на цилиндрическом теле с коническим наконечником. В зависимости от отношения длины L каверны к ее глубине h возможны две отличающиеся друг от друга схемы течения. Если L/h мало, реализуется открытая схема, в этом случае во всей области каверны возникает дозвуковое циркуляционное течение, отделенное от внешнего потока слоем смешения. Если L/h превышает некоторое критическое значение, реализуется замкнутая схема. В этом случае в каверне образуются две изолированные области отрыва, одна за передним, другая перед задним уступом, во внешнем поле течения возникают скачки уплотнения. Экспериментальная модель представляла собой цилиндрическое тело диаметром D=45 мм. На теле соосно с ним смонтирована цилиндрическая штанга диаметром d=29 мм. Штанга установлена с возможностью возвратно-поступательного перемещения относительно тела вдоль оси симметрии. На свободном конце штанги установлен конический наконечник. Между телом и наконечником образована кольцевая каверна с равновеликими высотами h=8мм переднего и заднего уступов. Варьировался угол полураствора конического наконечника β=10, 20 и 30°. Эксперименты выполнены в аэродинамической трубе А-7 НИИ механики МГУ при числе Маха М≈3. Число Рейнольдса, вычисленное по параметрам набегающего потока и диаметру модели, Re≈1.6×106. Рабочая среда – воздух с температурой торможения 270-275К. Экспериментальная модель устанавливалась в рабочей части трубы на донной державке под нулевым углом атаки. При каждом пуске непрерывно изменялась протяженность каверны, как в сторону увеличения, так и в сторону уменьшения. Скорость изменения длины каверны достигала 2 мм/с. Осуществлялась скоростная съемка шлирен-изображений картин течения. Регистрировалось давление на заднем уступе каверны на расстоянии ~h/2 от дна каверны. Минимальная начальная установочная протяженность каверны Lmin≈53 мм. При такой протяженности после выхода аэродинамической трубы на рабочий режим всегда реализовывалась открытая схема обтекания. После установления стационарного режима течения в рабочей части трубы осуществлялось непрерывное увеличение длины каверны до Lmax≈117 мм, при этом всегда происходила перестройка режима обтекания к замкнутой схеме. После достижения L=Lmax осуществлялось непрерывное уменьшение длины каверны до начального положения, при этом всегда происходила обратная перестройка режима обтекания к открытой схеме. По параметру относительной протяженности L/h каверны определены границы переходной области, в пределах которых реализовывались как открытая, так и замкнутая схемы обтекания. Установлено, что верхняя граница переходной области практически не меняется при изменении условий на входе в каверну, определяемых геометрией головного наконечника, что согласуется с известными данными исследований сверхзвукового обтекания плоских и осесимметричных каверн. Нижняя граница и, соответственно, протяженность переходной области, чувствительны к изменению условий на входе в каверну. Описаны основные стадии перестройки режимов течения при смене схем обтекания на границах переходной области. Показано, что режим обтекания в переходной области зависит от предыстории течения. Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (проект № 15-01-99623).