СОЗДАНИЕ КРУПНОГО ВИХРЯ НАД КРЫЛОМ ЛА С ПОМОЩЬЮ ПАКЕТА СТРУЙ

© С.В.Антоненко, А.Л.Щипенко
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Авиация и воздухоплавание"
1999 г.

В докладе предложен способ управления подъемной силой крыла ЛА с помощью пакета струй, выдуваемых с передней кромки крыла за специальным экраном. Над верхней поверхностью крыла образуется крупный вихрь, что ведет к снижению статического давления по сравнению с нижней поверхностью крыла. Для проверки предложенной идеи была проведена серия численных экспериментов в модельной постановке.

Так как рассматривается смешение газов с постоянным показателем адиабаты и характерные размеры течения соизмеримы с хордой крыла, т.е. вязкий слой занимает малую долю рассматриваемой области, то можно для описания потока использовать нестационарные уравнения Эйлера (невязкий нетеплопроводный газ). Для решения системы уравнений, состоящих из уравнений сохранения массы, импульса и полной энергии, выбран метод "крупных частиц", хорошо зарекомендовавший себя при решении подобных задач, в частности при расчете обтекания газом различных препятствий, расчете вдува струй в сносящий поток.

Метод "крупных частиц" является консервативным методом с расщеплением рассматриваемой задачи по физическим процессам. Т.е. при расчете автоматически выполняются законы сохранения массы, импульса и энергии, при этом на каждом временном шаге последовательно учитывается влияние на параметры потока различных физических процессов (влияние давления, перенос массы, импульса и энергии, подвод тепла и ТА).

В предлагаемом устройстве высокая энергия вихря достигается за счет большой площади взаимодействия выдуваемых струй с окружающим газом. Это условие обеспечивается благодаря ориентации щелей вдоль хорды крыла Это же условие требует рассмотрения процесса вдува струи не в двумерной, а в трехмерной постановке. В силу того, что характерный размер расчетной ячейки определяется размером щели поперек хорды крыла, для достаточно точного расчета работы натурной модели требуется очень большое (10 ) число ячеек при использовании сетки с равномерным шагом разбиения. Кроме TWO, в физическом эксперименте устойчивость вихря достигается плавным изменением (увеличением) угла экрана, и, соответственно, вектора скорости струй относительно поверхности модели. В численном эксперименте моделирование такого процесса требует перестройки сетки в той или иной форме. Поэтому при проведении численных экспериментов было принято решение увеличить поперечный размер щели и провести ряд расчетов с целью выявить влияние поперечного размера щели и расстояния между щелями на общую картину течения, а также проверить, будет ли поле параметров в вихревой зоне приближаться к полю параметров для случая вдува эквивалентной плоской струи. Формирование и устойчивость крупного вихря обеспечивались заданием набегающего потока.