Интенсификация эффекта Коанда с помощью вводимых в струю продольных вихрей Текст научной статьи по специальности «Физика»

________УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ________________

Том XXVII 199 6 №1-2

УДК 629.735.33.015.3.025.35

ИНТЕНСИФИКАЦИЯ ЭФФЕКТА КОАНДА С ПОМОЩЬЮ ВВОДИМЫХ В СТРУЮ ПРОДОЛЬНЫХ ВИХРЕЙ

Ю. Г. Жулев, В. А. Макаров, А. Г. Наливайко

Изложены результаты экспериментальных исследований, показавших возможность интенсификации эффекта Коанда при отклонении закрылка для струи из осесимметричного сопла, распространяющейся вдоль верхней поверхности крыла. Интенсификация эффекта Коанда достигалась введением в струю продольных вихрей от расположенных на кромках сопла вихреобразо-вателей.

1. Возможность отклонения пристеночной струи за счет отклонения поверхности, над которой струя распространяется, имеет большое практическое значение, в частности, для самолетов с отклоняемым вектором тяги.

Широко известным эффективным способом интенсификации такого отклонения (интенсификации эффекта Коанда) является придание поперечному сечению струи прямоугольной или полуэллгагги-ческой формы, что приводит к необходимости применения сопл соответствующих форм,

В работе [1] предложен способ интенсификации эффекта Коанда для пристеночных струй из осесимметричных сопл. Сущность этого способа заключается в том, что, перед тем как отклонять струю (перед началом участка отклонения поверхности), располагается препятствие той или иной формы, натекая на которое струя деформируется, и форма ее поперечного сечения приближается к прямоугольной (т. е. к такой, при которой реализуется эффект Коанда).

В настоящей работе рассматривается другой способ интенсификации эффекта Коанда для пристеночных струй из осесимметричных сопл. Сущность этого способа заключается в том, что на кромках сопла располагаются вихреобразователи — источники сходящих в струю продольных вихрей [2]. Эти вихри деформируют поперечное сечение струи, придавая ей форму, близкую к прямоугольной или эллиптической (т. е. к такой, при которой реализуется эффект Коанда). Иссле-

дуется не только возможность предложенного способа, но и изучается эффективность одновременного использования вихреобразователей и деформации струи при натекании ее на препятствие (которое в дальнейшем изложении будем называть растекателем).

Конфигурации примененных вихреобразователей (образованных путем удаления части конической обечайки с углом конусности р ) показаны на рис. 1, а и б, где демонстрируется также возможность деформации поперечного сечения струи с помощью этих вихреобразователей, — представлены результаты измерения полей избыточных дав-

лений

К Ра

-1

на расстоянии двух калибров от сопла (р, ра и Ро —

соответственно давление, измеряемое приемником полных напоров, давление окружающей среды и полное давление перед соплом). Поля избыточных давлений приведены в виде изобар — линий равного дав-

Вшрч/ргШлтелй

' " ь/г

\

В-ОЛЗІ і-ті/*

0,05

0,10

0,30

0,45

Ре/Р.-У

0,05

0,70

0,30

030

Рис. 1

ления, числовые значения которых выписаны сбоку, причем внешней линии соответствует минимальное давление. Нанесенная на рисунках сетка выполнена с шагом, равным диаметру сопла. Очертания выходного сечения сопла показано на рис. 1 в виде затемненного круга.

2. Принципиальная схема экспериментальной модели для изучения возможностей воздействия на эффект Коанда с помощью продольных вихрей показана на рис. 2. Модель представляет собой установленные на тензовесах форкамеру с осемимметричным соплом и отсек пря&ого крыла (профиль П-151-9%) с концевыми шайбами. Геометрическое удлинение отсека крыла равно 0,71. Сопла были выполнены сменными, чтобы можно было исследовать показанные на рис. 1 варианты виіреобразователей, а на поверхности крыла вблизи отклоненного закрыл^ могли размещаться растекатели различной высоты. Фор-

Рис. 2

камера с соплом могла устанавливаться в различных положениях по отношению к крылу.

Эксперименты проводились без внешнего обдува и заключались в определении с помощью тензовесов угла ф отклонения струи по отношению к оси сопла при различных геометрических параметрах модели:

• относительного зазора между осью сопла и поверхностью рас-текателя h =h / d (d — диаметр выходного сечения сужающегося сопла, на кромках которого размещались вихреобразо-ватели);

• относительной высоты растекателей Н = Н / d ;

• относительного расстояния от выходного сечения сопла до оси;

• отклонения' закрылка L = L / d;

• угла отклонения закрылка 5 .

Угол отклонения струи определялся как угол отклонения суммарного вектора тяги из соотношения

* Yc+Y

іде 7С и 1с- определяемые с помощью тензовесов компоненты силы, действующей на сопло, а Г и J- компоненты силы, действующей на модель крыла.

Потери импульса струи определялись через коэффициент потерь

тяги

_ ъ yj(Xc+X)2 + (Yc+Y)2 Яс ’

где 1?2 — суммарная тяга системы «сопло — крыло», а — тяга изолированного сопла, которую предварительно находили в эксперименте.

Основные размеры были следующими: хорда крыла b = 700 мм, хорда отклоняемого закрылка Ь3 = 220 мм (¿з = Ьз / b = 0,3l), диаметр

выходного сечения сопла d = 40 мм. Отношение полного давления на срезе сопла к атмосферному Pq /ра изменялось в диапазоне

1,1 й Ро / ра ¿1,7. Число Не, подсчитанное по диаметру сопла и ско-

Подробное описание методики проведения экспериментов, а также геометрических размеров растекалелей, дано в [1]. Настоящие эксперименты отличаются от описанных в [1] только тем, что использовались сопла с вихреобразователями (см. рис. 1).

3. Результаты экспериментов для 8 = 60° и р$ / ра = 1,5 представлены на рис. 3 и 4 в виде зависимостей ср = /(А ) при различных значениях Н и Ь при установі® одного (рис. 3) и двух вихреобразователей (рис. 4). Для сравнения на рис. 3 и 4 нанесена зависимость ср = /(А), взятая из [1] для сопла без вихреобразователя.

Из рассмотрения рис. 3 и 4 можно сделать следующие выводы.

• Установка вихреобразователей привела к тому, что угол отклонения ф стал заметно зависеть от Ь (для сопла без вихреобразователя, как показано на [1], ф не зависит от Ь). Отсутствие же зависимости Ф от Н сохранилось и при установке вихреобразователей.

• Установка вихреобразователей позволяет заметно увеличивать угол отклонения струи ф при неизменном значении А или увеличивать значение А при сохранении ф. Возможность увеличения ф при неизменном А более наглядно видна из рис. 5, где по оси ординат отложено увеличение угла отклонения струи Аф за счет использования вихреобразователей при различных значениях А и Ь.

• Предельные углы отклонения струи практически совпадают с геометрическим углом отклонения наружной поверхности закрылка

роста струи в выходном сечении сопла, составляло (3,6 + 9,5) • 105.

V

Н‘0*2

Н-0+2

□

л а

о 1-5 Л 7 а 10

\ ° д а а

п ---1-1о—------Лгі

-10 1 2 А

—.... /¡ез Вихреобразователя

о 1-5 л 7 □ Ю

без 5ихрео5разователей

Рис. 3

Рис. 4

При отсутствии растекателя (Н = 0) геометрические очертания форкамеры не позволяли размещать срез сопла в непосредственной близости от поверхности профиля (для £=10 тіпй=1, для Ь = 7 и 5 тіл Л =1,4). Из рис. 3 — 5 видно, что в этом случае значение Дер изменяется от 40 до 55° при Ь = 10 и от 0 до 9° при Ь = 7 и 5 (меньшие значения относятся к соплу с двумя вихреобразователями, бблыпие — к соплу с одним вихреобразователем). Характер зависимостей, показанных на рис. 3 и 4 (и, в частности, отчетливая зависимость ср от Ь), свидетельствует о том, что введение в струю продольных вихрей привело к отклонению струи в сторону поверхности крыла еще до натекания на растекатель. При этом для случая использования одного вихреобразователя струя начинает отклоняться уже непосредственно на выходе из сопла из-за несимметричного расположения вихреобразователя (см. рис. 1, а). -

Отметим, что отношение Ро / ра в диапазоне 1,1 ч-1,7 практически не изменило описанных выше результатов, а эксперименты с б = 40° подтверждают полученные зависимости для <р й 45°.

Сопоставление потерь импульса отклоненной струи по сравнению с импульсом на выходе из сопла показало, что эти потери при переходе от обычного сопла к соплу с одним или двумя вихреобразователями уменьшаются соответственно на 2 и 4% при ср = 20° и на 5 и 10% при Ф = 60°.

В заключение следует отметить, что объем проведенных экспериментов недостаточен для определения максимальных возможностей интенсификации эффекта Коанда с помощью вводимых в пристенную струю продольных вихрей (возможно, имеются резервы интенсификации этого эффекта за счет, например, формы вихреобразователей или формы растекателя). Тем не менее полученные результаты являются доказательством эффективности рассмотренного способа интенсификации эффекта Коанда для струй из осесимметричных сопл.

ЛИТЕРАТУРА

1. Жулев Ю. Г., Макаров В. А., Наливайко А. Г. Способ отклонения осесимметричной струи, распространяющейся вдоль верхней поверхности крыла с закрылком // Ученые записки ЦАГИ. — 1992. Т. 23, № 1.

2. Наливайко А. Г. Способ воздействия на форму и размываемость затопленной струи, истекающей из осесимметричного сопла // Препринт ЦАГИ. - 1991, № 28.

-1 0 7 2 к

с одним ВихреоВразоВателем -----с дйумя ВихреоВразоВателями

Рис. 5

Рукопись поступила 23/У 1994 г.