Структура и режимы течения в неизобарических сверхзвуковых струях, страница 4

Рассмотрим теперь структуру неизобарической струи при наличии спутного потока. Отметим, что в модели идеальной жидкости граница струи по-прежнему является линией тангенциального разрыва, однако в отличие от истечения в затопленное пространство давление вдоль границы может быть существенно переменным, что связано с обтеканием криволинейной границы внешним потоком.

Подпись:  Подпись:  Экспериментальные и расчетные исследования выявили чрезвычайно существенное влияние сверхзвукового спутного потока на газодинамическую структуру струи большой степени нерасчетности. Это влияние обусловливается тем, что в спутном потоке перед струёй образуется криволинейная ударная волна, а давление вдоль границы струи оказывается переменным. В рамках теории идеальной жидкости возможны два режима взаимодействия сверхзвукового спутного потока и недорасширенной струи в окрестности выходной кромки сопла, если последняя является острой.

При относительно небольших значениях степени нерасчетности п и угла наклона контура сопла в выходном сечении qa вследствие столкновения расширяющейся струи газа и спутного потока в последнем на выходной кромке возникает ударная волна и реализуется течение, схематически изображенное на рис.45. При больших п и qа угол наклона границы струи на кромке может стать больше предельного угла поворота в скачке уплотнения и тогда реализуется течение с отошедшей ударной волной и зоной отрыва (пунктирная кривая на рис.46). Причем отход ударной волны от кромки сопла может оказаться даже превышающим размеры летательного аппарата.

Подпись:  Параметры течения в окрестности выхода из сопла слабо сказываются на конфигурациях ударных волн и границы струи на начальном участке, так что эти элементы газодинамической структуры внешне подобны для обоих указанных режимов взаимодействия. В то же время необходимо отметить, что конфигурации ударных волн и границы струи в сверхзвуковом спутном потоке и в струях, стекающих в затопленное пространство и в дозвуковой спутный поток, существенно отличаются. В частности, при М¥ > 2 характерной особенностью недорасширенной струи является очень малый центральный скачок (см. рис.45 и 46). Ввиду этого несостоятельны попытки сведения течения при М¥ > 1 к некоторой эквивалентной струе, истекающей в затопленное пространство, путем подбора «эффективной» степени нерасчетности или совершения подходящего преобразования координат.

Образование в неизобарической струе бочкообразных волновых структур приводит к появлению естественных характерных размеров течения продольного Х и поперечного Y, а также характерного угла q » Y/X, определяемых этими волновыми структурами. Так, для начального участка струи в качестве характерного продольного размера Х часто принимают расстояние от среза сопла до максимального сечения струи, до висячего скачка или до центрального скачка. За характерный поперечный размер при этом принимают соответственно радиусы сечений струи, висячего скачки пли центрального скачка.

Величины Х и Yявляются функциями критериев п, gа, Ма,qа, М¥, g¥, а также параметров, связанных с проявлением реальных свойств газов, таких как вязкость, теплопроводность и др.

На примере истечения в затопленное пространство из гиперзвукового сопла на режиме очень сильного недорасширения (рис.47) можно наглядно пояснить зависимость характерных размеров Х и Y от параметров n, gа, Ма.В этом случае на выходе из сопла газ ускоряется до большой сверхзвуковой скорости, близкой к максимальной скорости истечения  при температуре торможения T0a. Учитывая, что

,                                                      (14.1)

получаем, что характерная продольная составляющая скорости U в пределах начального участка струи остается приближенно постоянной

U »Wa ».                                       (14.2)

При этом основная доля тепловой энергии газа еа= сvаTа на срезе сопла, как показано далее, расходуется на придание газу поперечного движения. Характерная скорость V в поперечном направлении тогда по своему порядку равна V~ . Учитывая, что

,                                            (14.3)