Численное моделирование влияния свехзвуковых вихревых структур на теплообмен на несущих поверхностях летательных аппаратов

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Рассматривается совместное обтекание двух последовательно расположенных прямоугольных крыльев. Исследуются тепловые нагрузки на основное крыло в зависимости от интенсивности вихревых образований с генератора. Рассмотрены следующие режимы: число Маха набегающего потока М∞ = 3, угол установки генератора 10° и 20°. Показано, что в определенных условиях при взаимодействии вихревых структур с основным крылом температура поверхности последнего значительно снижается.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

В. Е. Борисов

Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: konstantinovskaya.t.v@gmail.com
Россия, Москва

Т. В. Константиновская

Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН

Email: konstantinovskaya.t.v@gmail.com
Россия, Москва

А. Е. Луцкий

Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН

Email: konstantinovskaya.t.v@gmail.com
Россия, Москва

Список литературы

  1. Лыков А. В., Алексашенко А. А., Алексашенко В. А. Сопряженные задачи конвективного теплообмена. Минск: Наука и техника, 1971. 346 с.
  2. Землянский Б.А., Лунев В.В., Власов В.И., Горшков А.Б., Залогин Г.Н., Ковалев Р.В., Маринин В.П., Мурзинов И.Н. Конвективный теплообмен летательных аппаратов / Под науч. ред. Б.А. Землянского. М.: Физматлит, 2014. 380 с. ISBN 978-5-9221-1523-0
  3. Гришин А.М., Фомин В.М. Сопряженные и нестационарные задачи механики реагирующих сред. Новосибирск: Наука, 1984. 318 с.
  4. Лунев В.В. Течение реальных газов с большими скоростями. М.: Физматлит, 2007. 760 c.
  5. Hirschel E.H., Weiland C. Selected Aerothermodynamic Design Problems of Hypersonic Flight Vehicles. Springer-Verlag Berlin Heidelberg, 2009. 518 p. https://doi.org/10.1007/978-3-540-89974-7
  6. Terekhov V.I., Yarygina N.I., Zhdanov R.F. Heat transfer in turbulent separated flow in the presence of high free-stream turbulence // Int. J. Heat Mass Transfer. 2003. V. 46. № 23. P. 4535–4551.
  7. Баранов П.А., Жукова Ю.В., Исаев С.А., Баранова Т.А., Жданов В.Л. Интенсификация теплообмена в неоднородных средах при обтекании эллиптических цилиндров // ММФ–2008: VI Минский международный форум по тепло- и массообмену (19–23 мая 2008 г): Тез. докл. и сообщ. Институт тепло- и массообмена имени А.В. Лыкова НАН Беларуси. Минск. 2008. Т. 1. С. 66–67.
  8. Братухин А.Г., Серебрянский С.А., Стрелец Д.Ю., Виноградов И.Л., Глебов А.Г., Злыгарев В.А., Карташев А.В., Козелков А.С., Кузьменко М.Л., Кулагин А.Ф., Львова Г.В., Огарков C.O., Пекарш А.И., Петров А.Н., Погосян М.А., Поляков В.Б., Притулкин А.А., Савельевских Е.П., Соколов В.А., Судов E.B., Чекан М.Г., Шагалиев P.M., Шильников П.С., Юрин В.Н., Яновский Л.С., Ященко Б.В. Цифровые технологии в жизненном цикле Российской конкурентоспособной авиационной техники. М.: Изд-во МАИ, 2020. 448 с. ISBN 978-5-4316-0694-6
  9. Smart M.K., Kalkhoran I.M., Bentson J. Measurements of supersonic wing tip vortices // AIAA Journal. 1995. V. 33. № 10. P. 1761–1768.
  10. Боровой В.Я., Кубишина В.Я., Скуратов А.С., Яковлева Л.С. Вихрь в сверхзвуковом потоке и его влияние на течение и теплообмен на затупленном теле // Изв. РАН.Механика жидкости и газа. 2000. № 5. С. 66–76.
  11. Borisov V.E., Davydov A.A., Konstantinovskaya T.V., Lutsky A.E., Shevchenko A.M., Shmakov A.S. Numerical and experimental investigation of a supersonic vortex wake at a wide distance from the wing // AIP Conf. Proc. 2018. 2027. P. 030120.
  12. Боровой В.Я., Кубышина Т.В., Скуратов А.С., Яковлева Л.В. Вихрь в сверхзвуковом потоке и его влияние на обтекание и теплообмен затупленного тела // Изв.РАН.МЖГ. 2000. №5. С. 66–76.
  13. Ширяев А.В., Серебрянский С.А. Методы снижения температурного нагрева конструкции сверхзвукового самолета / Сб.Тр. конф. Управление развитием крупномасшабных систем (MLSD’2022), Москва, 26–28 сентября 2022 г. С. 925–931. https://doi.org/10.25728/mlsd.2022.0925
  14. Александров С.В., Ваганов А.В., Шалаев В.И. Физические механизмы образования продольных вихрей, появления зон высоких тепловых потоков и раннего перехода в гиперзвуковом течении около треугольного крыла с затупленными передними кромками // Вестник ПНИПУ. Аэрокосмическая техника. 2016. №45. С. 9–31. https://doi.org/10.15593/2224-9982/2016.45.01
  15. Ваганов А.В., Ермолаев Ю.Г., Косинов А.Д., Семенов Н.В., Шалаев В.И. Экспериментальное исследование структуры течения и перехода в пограничном слое треугольного крыла с затупленными передними кромками при числах Маха 2, 2,5 и 4 // Труды МФТИ. 2013. Т. 5. № 3. С. 164–173.
  16. Борисов В.Е., Давыдов А.А., Кудряшов И.Ю., Луцкий А.Е. Программный комплекс ARES для расчета трехмерных турбулентных течений вязкого сжимаемого газа на высокопроизводительных вычислительных системах. // Свидетельство о регистрации программы для ЭВМ RU 2019667338. 23.12.2019.
  17. Гаджиев Д.А., Гайфуллин А.М. Эволюция двух вихрей вблизи твердой поверхности // Прикладная механика и техническая физика. 2018. Т. 59. № 2. С. 31–38.
  18. Борисов В.Е., Константиновская Т.В., Луцкий А.Е. Исследование вихревых структур при сверхзвуковом обтекании тандема крыльев // Мат. моделирование. 2022. Т. 34. № 6. С.92-110. https://doi.org/10.20948/mm-2022-06-06.
  19. Allmaras S.R., Johnson F.T., Spalart P.R. Modifications and Clarifications for the Implementation of the Spalart-Allmaras Turbulence Model // Seventh International Conference on CFD (ICCFD7), Big Island, Hawaii, 9-13 July 2012.
  20. Edwards J.R., Chandra S. Comparison of Eddy Viscosity-Transport Turbulence Models for Three-Dimensional, Shock-Separated Flowfields // AIAA Journal. 1996. V. 34. № 4. P. 756–763.
  21. NASA Turbulence Modeling Resource. https://turbmodels.larc.nasa.gov/spalart.html
  22. Борисов В.Е., Давыдов А.А., Кудряшов И.Ю., Луцкий А.Е., Меньшов И.С. Параллельная реализация неявной схемы на основе метода LU-SGS для моделирования трехмерных турбулентных течений // Математическое моделирование. 2014. Т. 26. № 10. С. 64–78.
  23. Вычислительный комплекс K-60. https://www.kiam.ru/MVS/resourses/k60.html

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Расчетная область для рассмотренных конфигураций: сверху — для анализа зоны отрыва, снизу — для анализа влияния на тепловые потоки.

Скачать (217KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Общая структура концевого вихря: линии тока в зоне концевого вихря с крыла-генератора.

Скачать (115KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Взаимодействие вихревых структур генератора с основным крылом. Адиабатическое условие. Наличие вторичных вихрей, цветом выделено направление их вращения. Конфигурации (сверху вниз): α1 = α2 = 20° короткий (а) и длинный (б) генератор, α1 = 10° α2 = 0° (в), α1 = 20° α2 = 0° (г).

Скачать (268KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Области отрыва потока, изображены изоповерхности отрицательных значений продольной скорости, крыло под углом атаки 20°: невозмущенный набегающий поток (а), тандем с коротким генератором (б), тандем с длинным генератором (в).

Скачать (77KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Распределение давления на подветренной стороне основного крыла: обтекание невозмущенным потоком (а); короткий генератор (б); длинный генератор (в). Поперечный градиент давления для короткого генератора (б) вызывает отрыв в области взаимодействия.

Скачать (195KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Распределение температуры на поверхности основного крыла. Адиабатическая поверхность: обтекание невозмущенным потоком (а); обтекание при наличии короткого крыла генератора с углом атаки 10 по верхней (б) и нижней (в) поверхности; обтекание при наличии короткого крыла генератора с углом атаки 20° по верхней (г) и нижней (д) поверхности.

Скачать (301KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Распределение тепловых потоков на поверхности основного крыла. Изотермическая поверхность, вариант Tw = 1.4: обтекание невозмущенным потоком (а), обтекание при наличии крыла генератора — верхняя (б) и нижняя (в) поверхности.

Скачать (166KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Распределение тепловых потоков на поверхности основного крыла. Изотермическая поверхность, вариант Tw = 4.2: обтекание невозмущенным потоком (а); обтекание при наличии крыла генератора — верхняя (б) и нижняя (в) поверхности.

Скачать (176KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024