ИСТИНА

При сверхзвуковом обтекании каверн прямоугольного сечения (L – длина каверны, h – ее глубина) различают два режима течения, именуемых как открытая и замкнутая каверны. Если относительное удлинение каверны λ=L/h не велико (λ<λO), наблюдается открытая каверна. В этом случае в полости каверны образуется циркуляционное дозвуковое течение, отделенное от внешнего сверхзвукового потока слоем смешения. Если λ превышает некоторое критическое значение λC, реализуется замкнутая каверна. В этом случае в полости каверны имеются две разделенные области отрыва: одна из них – за передним уступом, другая – перед задним уступом каверны. В переходной области λO<λ<λC возможны либо открытая, либо замкнутая каверны. Изучению обтекания каверн посвящено большое количество работ. Типичные экспериментальные и численные исследования ограничивались изучением обтекания относительно коротких двумерных каверн при фиксированной геометрии границ и при заданных параметрах внешнего потока. В настоящей работе представлены результаты экспериментального исследования трехмерного сверхзвукового обтекания осесимметричной кольцевой каверны при непрерывном изменении ее протяженности в широком диапазоне λ = 6-20 под углом атаки. Экспериментальная модель содержит цилиндрический корпус диаметром D=45 мм. В корпус вмонтирована выдвижная цилиндрическая штанга с внешним диаметром d=29 мм. На свободном конце штанги имеется сменный конический наконечник с диаметром основания D. Рассматривались наконечники с углом раствора 20, 40 и 60°. Все перечисленные детали установлены соосно. Зазор между корпусом и наконечником образует осесимметричную кольцевую каверну прямоугольного сечения L×h переменной длины L и постоянной глубины h = 8 мм. Длина каверны может непрерывно изменяться в диапазоне 46-160 мм за счет перемещения штанги вдоль оси симметрии внутрь и наружу корпуса. Угол атаки варьировался в диапазоне 0-12°. Эксперименты выполнены в аэродинамической трубе А-7 НИИ механики МГУ при числе Маха 3.0 и единичном числе Рейнольдса 3.5×107м-1. Рабочая среда – воздух с температурой торможения 275°К. Давление в форкамере трубы составляло 4.0×105 Па. В рабочей части трубы модель устанавливается под нулевым углом атаки. Начальная протяженность каверны фиксируется на минимальном уровне (λ<λO), при котором во всех случаях реализуется открытая каверна. После выхода трубы на рабочий режим модель выводится на заданный угол атаки, после чего изменяется протяженность каверны сначала в сторону увеличения до максимального значения, затем в сторону уменьшения до исходного положения. Скорость изменения длины каверны достигала 2 мм/с. В ходе экспериментов осуществлялись визуализация структуры течения и измерение давления на заднем уступе каверны. Экспериментально исследованы режимы сверхзвукового обтекания кольцевой каверны под углом атаки. По параметру относительной протяженности в зависимости от угла атаки определены границы областей, в пределах которых реализовывались различные режимы обтекания каверны. Показано, что с увеличением угла атаки протяженность переходной области сокращается, а режим обтекания каверны в этой области зависит от предыстории течения. Описаны основные стадии перестройки режимов трехмерного обтекания на границах переходной области. Работа выполнена при поддержке гранта РФФИ 15-01-99623.