Повышение характеристик пространственных нерегулируемых воздухозаборников внешнего сжатия на основе использования систем управления пограничным слоем

Авиационная и ракетно-космическая техника


DOI: 10.34759/vst-2021-4-7-27

Авторы

Новогородцев Е. В.*, Карпов Е. В.**, Колток Н. Г.***

Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского, ЦАГИ, ул. Жуковского, 1, Жуковский, Московская область, 140180, Россия

*e-mail: novogorodtseve91@mail.ru
**e-mail: e-karpov@list.ru
***e-mail: nikitakoltok@gmail.com

Аннотация

Выполнено исследование физических особенностей обтекания и характеристик пространственного нерегулируемого воздухозаборника внешнего сжатия с овальным входом. На основе численного интегрирования системы осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье—Стокса с моделью турбулентности SST проведено расчётное исследование обтекания изолированного варианта воздухозаборника с овальным входом как при отсутствии системы управления пограничным слоем, так и при её наличии. Установлено, что применение системы управления пограничным слоем обеспечивает существенное повышение характеристик воздухозаборника по сравнению с исходным вариантом без управления пограничным слоем. На основе полученных расчётных данных выявлен положительный эффект снижения суммарных потерь полного давления воздухозаборника за счёт сжатия части потока в косых скачках Х — ножки замыкающего скачка, опирающейся на элемент системы управления пограничным слоем — перфорированный участок внутренней поверхности входа воздухозаборника. Показано, что обнаруженный эффект наблюдается также при обтекании пространственного нерегулируемого трапециевидного воздухозаборника с системой управления пограничным слоем. Для сравнения приведены некоторые результаты расчётного и экспериментального исследований трапециевидного воздухозаборника.

Ключевые слова:

численное моделирование, пространственный нерегулируемый воздухозаборник внешнего сжатия, система управления пограничным слоем, потери полного давления, дроссельная характеристика

Библиографический список

  1. Бюшгенс Г.С. (ред.) Аэродинамика, устойчивость и управляемость сверхзвуковых самолетов. — М.: Наука, ∙Физматлит, 1998. — 816 c.
  2. Кулагин В.В. Теория, расчёт и проектирование авиационных двигателей и силовых установок: Учебник. — 2-е издание, испр. — М.: Машиностроение, 2003. — 616 с.
  3. Ферри А. Аэродинамика сверхзвуковых течений / Пер. с англ. Р.И. Штейнберга. — М.-Л.: Гос. изд-во техн.-теорет. литературы, 1952. — 467 с.
  4. Leynaert J. Fundamental of Fighter Aircraft Design. Engine Intake and Afterbody. AGARD Report R740, 1986, 39 p.
  5. Goldsmith E.L., Seddon J. Practical Intake Aerodynamic Design. — American Institute of Aeronautics and Astronautics (AIAA Education Series), 1993, 434 p.
  6. Гунько Ю.П., Затолока В.В., Юдинцев Ю.Н. Класс конфигураций гиперзвуковых самолетов с конвергентными воздухозаборниками, образованных V-образными телами // Исследования по гиперзвуковой аэродинамике: Сборник науч. трудов. Новосибирск: Изд-во ИТПМ, 1978. С. 68–84.
  7. Гунько Ю.П., Александров Е.А. Расчетное газодинамическое моделирование сверхзвукового трехмерного воздухозаборника // Теплофизика и аэродинамика. 2010. Т. 17. № 1. С. 63–75.
  8. Давиденко А.Н., Стрелец М.Ю., Рунишев В.А. и др. Сверхзвуковой регулируемый воздухозаборник. Патент RU 2 472 956 С2. Бюл. № 2, 20.01.2013.
  9. Карпов Е.В., Колток Н.Г., Новогородцев Е.В. Численное моделирование течения в двухканальном входном устройстве с нерегулируемыми параллелограммными воздухозаборниками // Аэрокосмические технологии: Сборник тезисов 62-й Всероссийской научной конференции МФТИ (18-23 ноября 2019). М.: МФТИ, 2019. С. 290–292.
  10. Карпов Е.В., Колток Н.Г., Новогородцев Е.В. Расчетное исследование физических особенностей обтекания и характеристик двухканального воздухозаборного устройства // XLIV академические чтения по космонавтике: Сборник тезисов в 2 т. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2020. Т. 1. С. 354–355.
  11. Колток Н.Г. Численное исследование особенностей обтекания и характеристик Y-образного входного устройства с двумя симметричными воздухозаборниками // Гагаринские чтения — 2020: Сборник тезисов докладов XLVI Международной молодёжной научной конференции. М.: Изд-во МАИ, 2020. С. 161–162.
  12. Ефимов Р.А., Карпов Е.В., Новогородцев Е.В. Расчет обтекания трапециевидного воздухозаборника на основе решения осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса // XXV научно-техническая конференция по аэродинамике (п. Володарского, 27-28 февраля 2014): Сборник тезисов докладов. Жуковский: Изд-во ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского, 2014. С. 125-126.
  13. Карпов Е.В., Новогородцев Е.В. Численное моделирование течения в трапециевидном воздухозаборнике с системой отсасывания пограничного слоя // XXVI научно-техническая конференция по аэродинамике (п. Володарского; 26-27 февраля 2015): Сборник тезисов докладов. Жуковский: Изд-во ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского, 2015. С. 131-132.
  14. Карпов Е.В., Новогородцев Е.В. Расчётное исследование влияния установки разделителя потока на течение в криволинейном канале воздухозаборника // XXVIII научно-техническая конференция по аэродинамике (п. Володарского; 20-21 апреля 2017): Сборник тезисов докладов. Жуковский: Изд-во ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского, С. 139-140.
  15. Новогородцев Е.В. Численное исследование пульсаций полного давления в воздухозаборнике с острыми кромками с применением вихреразрешающего SBES-метода // Вестник Московского авиационного института. 2019. Т. 26. № 3. С. 17-31.
  16. Гунько Ю.П. Сверхзвуковой воздухозаборник. Патент RU 2 343 297 C Бюл. № 1, 10.01.2009.
  17. Виноградов В.А., Мельников Я.А., Степанов В.А. Выбор и проектирование пространстенного нерегулируемого воздухозаборника для сверхзвукового делового самолета // Ученые записки ЦАГИ. 2017. Т. XLVIII. С. 24–38.
  18. Adamson E.E., Fugal S.P. Flow inlet. Patent US 9,896,219 B2, 20.02.2018.
  19. Виноградов В.А., Мельников Я.А., Степанов В.А. Исследование характеристик плоского и пространственного входных устройств сверхзвукового пассажирского самолета // Ученые записки ЦАГИ. 2015. Т. XLVI. № 2. С. 26-40.
  20. Гилязев Д.И., Иванюшкин А.К., Кажан А.В. и др. Расчетно-проектные исследования трапециевидного воздухозаборника в верхней компоновке на легком сверхзвуковом деловом самолете // Материалы XXIX научно-технической конференции по аэродинамике (д. Богданиха; 01-02 марта 2018): Сборник тезисов докладов. — Жуковский: Изд-во ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского, 2018. С. 97-98.
  21. Иванюшкин А.К., Кажан А.В., Карпов Е.В., Новогородцев Е.В. Разработка и расчетные исследования характеристик нерегулируемого трапециевидного воздухозаборника внешнего сжатия // Материалы XXIX научно-технической конференции по аэродинамике (д. Богданиха; 01-02 марта 2018): Сборник тезисов докладов. Жуковский: Изд-во ЦАГИ им. проф. Н.Е. Жуковского, 2018. С. 130-131.
  22. Щепановский В.А., Гутов Б.И. Газодинамическое конструирование сверхзвуковых воздухозаборников. — Новосибирск: Наука, 1993. — 224 с.
  23. Пирогов С.Ю., Юрьев А.С., Типаев В.В., Махров А.С. Численное моделирование течения на входе в воздухозаборник внешнего сжатия при энергоподводе в набегающий сверхзвуковой поток // Вестник Московского авиационного института. 2009. Т. 16. № 3. С. 154-159.
  24. Рейнольдс О. Динамическая теория движения несжимаемой жидкости и определение критерия // Проблемы турбулентности: Сборник переводных статей / Под ред. М.А. Великанова и Н.Т. Швейковского. — М.-Л.: ОНТИ, 1936. С. 135-227.
  25. Menter F.R. Zonal two-equation k-ω turbulence models for aerodynamic flows // 23rd Fluid Dynamics, Plasmadynamics, and Lasers Conference (06-09 July 1993; Orlando, FL,U.S.A.). DOI: 2514/6.1993-2906
  26. Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений: Учебное пособие. — СПб.: Изд-во Политехн. ун-та, 2012. — 88 с.
  27. Виноградов В.А., Гурылева Н.В., Иванькин М.А. и др. Расчётно-экспериментальные исследования сверхзвукового конвергентного воздухозаборника // Авиадвигатели XXI века: Сборник тезисов докладов III Международной научно-технической конференции (Москва, 30 ноября — 03 декабря 2010). М.: Изд-во ЦИАМ им. П.И. Баранова, 2010. С. 1096-1097.
  28. ESI GROUP CFD — FASTRAN. 2010. URL: https://www.esi-group.com
  29. Описание программных продуктов Ansys. Программа численного расчёта Ansys CFX. URL: https://www.ansys.com

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 1994-2023