DOI: 10.17586/2226-1494-2015-15-2-346-355


УДК532.529

ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ ВСТРЕЧНЫХ СКАЧКОВ УПЛОТНЕНИЯ

Булат П. В., Денисенко П. В., Продан Н. В.


Читать статью полностью 
Язык статьи - Русский

Ссылка для цитирования: Булат П.В., Денисенко П.В., Продан Н.В. Интерференция встречных скачков уплотнения // Научно- технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Том 15. № 2. С. 346–355.

Аннотация

Предмет исследования. Рассматривается взаимодействие встречных скачков уплотнения. Необходимость изучения встречных скачков возникает при проектировании современных воздухозаборников внутреннего сжатия, рассчитанных на большие числа Маха, прямоточных воздушно-реактивных двигателей с дозвуковым и сверхзвуковым горением, в несимметричных сверхзвуковых соплах и в ряде других случаев. В некотором смысле данная задача является обобщением случая отражения косого скачка от стенки или от плоскости симметрии. С новой силой интерес к данной задаче проявился с конца 90-х годов прошлого столетия. Это было связано со стартом программ изучения полета с гиперзвуковыми скоростями. Первые же эксперименты, проведенные с воздухозаборниками, в которых реализуется взаимодействие встречных скачков уплотнения, показали, что изменение скорости потока сопровождается резкими скачкообразными перестройками ударно-волновой структуры, возникновением нестационарных и колебательных явлений. С увеличением скорости потока эти неприятные для конструкции летательного аппарата явления становились более выраженными. Причина заключается в том, что существует два принципиально различающихся режима взаимодействия встречных скачков: четырехволновой регулярный и пятиволновой нерегулярный. Переход от одного режима к другому может быть нестационарным скачкообразным или плавным, а также может сопровождаться гистерезисом. Основные результаты. Описаны критерии перехода от регулярного отражения встречных скачков к нерегулярному – критерий фон Неймана и критерий стационарной маховской конфигурации. Описаны области, в которых переход от одного типа отражения к другому возможен только скачком, а также области возможного плавного перехода. Представлены зависимости интенсивности отраженных скачков от интенсивности взаимодействующих встречных скачков. Представлены качественные картины ударно-волновых структур, возникающих при взаимодействии встречных скачков уплотнения. Приведены результаты расчетов интенсивности исходящих газодинамических разрывов – интенсивностей, соответствующих переходу от регулярной интерференции к нерегулярной. Выполнены численные расчеты трансформации ударно-волновой структуры в условиях гистерезиса. Результаты сравнены с экспериментом, выполненным методом гидроаналогии. Практическая значимость. Результаты работы дополняют теорию интерференции стационарных газодинамических разрывов и могут быть использованы при проектировании перспективных образов сверхзвуковых и гиперзвуковых летательных аппаратов.


Ключевые слова: ударная волна, скачок уплотнения, маховское отражение, встречные скачки уплотнения, ударноволновые структуры, гистерезис.

Список литературы
1. Усков В.Н. Бегущие одномерные волны. СПб.: БГТУ "ВОЕНМЕХ", 2000. 224 с.
2. Bulat P.V., Uskov V.N. Mach reflection of a shock wave from the symmetry axis of the supersonic nonisobaric jet // Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology. 2014. V. 8. N 1. P. 135–142.
3. Molder S. Head-on interaction of oblique shock waves. University of Toronto Institute of Aerophysics Technical Note. 1960. N 38.
4. Усков В.Н. Интерференция стационарных газодинамических разрывов // Сборник статей "Сверхзвуковые газовые струи". Новосибирск: Наука, 1983. С. 22–46.
5. Усков В.Н. Ударные волны и их взаимодействие: учебное пособие. Л.: Ленингр. механ. ин-т, 1980. 88 с.
6. Старых А.Л. Нерегулярное взаимодействие скачков уплотнения между собой и с тангенциальными разрывами // Численные методы механики сплошной среды. 1986. Т. 17. № 6. С. 119–124.
7. Адрианов А.Л. Выделение множества разрывов на несогласованной сетке в двумерных стационарных сверхзвуковых течениях // Моделирование в механике. Сер. Струйные течения. 1988. Т. 2(19). № 6. С. 3–9.
8. Chpoun A., Ben-Dor G. Numerical confirmation of the hysteresis phenomenon in the regular to the Mach reflection transition in steady flows // Shock Waves. 1995. V. 5. N 4. P. 199–203. doi: 10.1007/BF01419001
9. Fomin V.M., Hornung H.G., Ivanov M.S., Kharitonov A.M., Klemenkov G.P., Kudryavtsev A.N., Pavlov A.A. The study of transition between regular and Mach reflection of shock waves in different wind tunnels //
Proc. 12th Int. Mach Reflection Symposium. Pilanesberg, South Africa, 1996. P. 137–151.
10. Ivanov M.S., Ben-Dor G., Elperin T., Kudryavtsev A.N., Khotyanovsky D.V. Mach-number-variationinduced hysteresis in steady flow shock wave reflections // AIAA Journal. 2001. V. 39. N 5. P. 972–974.
11. Ben-Dor G. Shock Wave Reflection Phenomena. 2nd ed. Springer, 2010. 342 p.
12. Handbook of Shock Waves / Eds G. Ben-Dor, O. Igra, T. Elperin. Boston: Academic Press, 2001. 824 p.
13. Ivanov M.S., Ben-Dor G., Elperin T., Kudryavtsev A.N., Khotyanovsky D.V. Analytical and experimental investigations of the reflection of asymmetric shock waves in steady flows // Journal of Fluid Mechanics.
1999. V. 390. P. 25–43.
14. Ben-Dor G., Elperin T., Vasiliev E.I. Flow-Mach-number-induced hysteresis phenomenon in the interaction of conical shock waves – a numerical investigation // Journal of Fluid Mechanics. 2003. V. 496. P. 335–354. doi: 10.1017/S0022112003006475
15. Адрианов А.Л., Старых А.Л., Усков В.Н. Интерференция стационарных газодинамических разрывов. Новосибирск: Наука, 1995. 180 c.
16. Усков В.Н., Булат П.В., Продан Н.В. Обоснование применения модели стационарной маховской конфигурации к расчету диска маха в сверхзвуковой струе // Фундаментальные исследования. 2012. № 11–1. С. 168–175.
17. Усков В.Н., Булат П.В., Продан Н.В. История изучения нерегулярного отражения скачка уплотнения от оси симметрии сверхзвуковой струи с образованием диска маха // Фундаментальные исследования. 2012. № 9–2. С. 414–420.
18. Uskov V.N., Chernyshov M.V. Special and extreme triple shock-wave configurations // Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2006. V. 47. N 4. С. 492–504. doi: 10.1007/s10808-006-0081-5
Информация 2001-2017 ©
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики.
Все права защищены.

Яндекс.Метрика