Взаимодействие перерасширенной струи газа с плоской преградой Текст научной статьи по специальности «Физика»

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ И А Г И Т о м IV 197 3

№ /

УДК 534.83:532.525.2

ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ ПЕРЕРАСШИРЕННОЙ СТРУИ ГАЗА С ПЛОСКОЙ ПРЕГРАДОЙ

А. В. Анцупов, В. И. Благосклонов, В. Г. Пимштейн

Приведены результаты экспериментального исследования взаимодействия перерасширенной струн с плоской преградой, установленной нормально к оси струи: показано, что в сверхзвуковом кольцевом слое между дозвуковым ядром струи и ее границей поток имеет ячеистую структуру, а в спектре шума струи появляются дискретные частоты.

При взаимодействии ,9 преградой газовой струи двигателя летательного аппарата при нерасчетных условиях возможны режимы истечения струи как с недорасширением, так я с перерасширением. В работах [I] — [3] исследовался

процесс взаимодействия с прегра-

Р

1.0

м-г.а-уп-о^.в^ю^

I : [

° х=0,3 • 0,6 * 1,0

1 ■

<

с с 1 » а_„

177777777777777777(7777777777777777777 Фиг. 1

дой недорасширенной струи.' В статье приведены результаты экспериментального исследования и качественный анализ взаимодействия перерасширенной струи с плоской преградой, установленной перпендикулярно оси струи.

Исследования проводились со струей холодного воздуха, истекающей в злтояленное пространство из конического сопла со следующими параметрами: числоМ = 2,0 на срезе сопла; диаметр выходного сечения сопла Ла = 20 мм; полу-угол раствора сопла ва— 10°. Отношение давления на срезе сопла ра к давлению окружающей среды рн изменялось от 0,32 до 0,45.

Давление на преграде регистрировалось групповым регистрирующим манометром, акустические измерения производились микрофоном типа 4133 и анализировались-на спектрометре типа С5-3. Микрофон располагался на расстоянии 200 мм от оси струи в плоскости, отстоящей от плоскости среза сопла

на 200 мм. Эпюры распределения избыточного давления на преграде, отнесенного к давлению окружающей среды, вместе со схемой течения представлены на фиг. 1. В исследуемом диапазоне степени нерасчетности п = Ра/Рц максимум давления на преграде лежит на оси струи при всех значениях относительного расстояния от плоскости среза сопла до преграды.

Картины течения, полученные теневым методом при л = 0,45, представлены на фиг. 2. В перерасширенной струе на режимах, близких к срывному течению

ЇС~Ж.І:

,г 0,8

х*1,в

Фиг. 2

в сопле, центральный скачок (диск Маха)имеет размеры,сравнимые с диаметром выходного сечения сопла. При взаимодействии / и 2 (см. фиг. I) возникает тройная конфигурация с косым скачком уплотнения 3 и контактной поверхностью разрыва 4. За скачком 3 в области I течение сверхзвуковое, а в области II за диском Маха вплоть до преграды течение дозвуковое. Вниз по потоку от скачка 3 сверхзвуковая низкоэнтропийная часть струи проходит через систему волн сжатия и разрежения, которые и создают видимую на фотографиях „ячеистую структуру'. Аналогичная система скачков была обнаружена при взаимодействии ударной волны с криволинейным скачком уплотнения, возникающим при обтекании цилиндра сверхзвуковым потоком [4].

При натекании перерасширенной струи на преграду в исследованном диапазоне значений х в спектре шума струи появляется целый набор дискретных частот (фиг. 3), в то время как в спектре шума свободной струи при п = 0,32 дискретные составляющие отсутствуют, а при /1 = 0,45 наблюдается излучение дискретного тона на частоте 8,7 кгц и первой гармоники на частоте 17,4 кгц. Зависимость частоты дискретного тона от расстояния х при двух значениях степени нерасчетности представлена на фиг. 4. Хотя набор частот, на которых возможно излучение дискретного тона, практически остается постоянным, появление его на определенной частоте и интенсивность зависят от значений п и х.

Фиг.

На режимах перерасширения при п >0,45 ячеистая структура в сверхзвуковом кольцевом слое не наблюдается, а в спектре шума струи нет набора дискретных составляющих.

По-видимому, механизмы излучения дискретного тона при натекании на плоскую преграду недорасширенной и перерасширенной струй различны: в пер-

вом случае, как известно [5], излучение дискретного тона вызвано колебаниями диска Маха, во втором случае, как можно предполагать, излучение дискретного тона связано с появлением ячеистой структуры потока. Следует отметить, что возникновение ячеистой структуры и излучение дискретного тона может наблюдаться при натекании на плоскую преграду трансзвуковой струи [6].

ЛИТЕРАТУРА

1. Л у н е в В. В., Губанова О. И., Пластинина Л. И. О центральной срывной зоне при взаимодействии сверхзвуковой недорасширенной струи с преградой. Изв. АН СССР, МЖГ, 1971, № 2.

2. Henderson L. F. Experiments on the impingement of a supersonic jet on a flat plate. ZAMP, v. 17, No 5, 1966.

3. Полубояринов А. К., С п и p и н H. И. Взаимодействие ударной волны с тангенциальным разрывом. ИФЖ, т. 21, № 2, 1971.

4. Те тер и н М. П. Исследование течения газа в области падения скачка уплотнения на цилиндр, обтекаемый потоком большой сверхзвуковой скорости. Изв. АН СССР, МЖГ, 19о7, № 2.

5. Morch К. A. A theory for the mode operation of the Hartmann air-jet generator. J. of Fluid Mech., v. 20, 1964.

6. Quick A. W. Zum Schall- und Stromugsfeld eines axialsymmetri-schen Freislrahls beim Auftraffen auf eine Wand. Z. Flugwiss. 19 (1971), Heft. 1.

Рукопись поступила 31jlll 1972 г.