РАЗВИТИЕ ГАЗОДИНАМИКИ СВЕРХЗВУКОВЫХ СТРУЙНЫХ ТЕЧЕНИЙ

© Г.А.Акимов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Исследование научного творчества К.Э. Циолковского"
2011 г.

Сильнейшим стимулом развития газодинамики струйных течений в 1950-х годах явилась необходимость решения целого ряда проблем аэрокосмической техники. В последующие годы область приложений быстро увеличивалась, включая в себя вопросы проектирования газоструйных аппаратов, разработку технологических процессов (например, в металлургии), создание газодинамических излучателей звука, использование высокоскоростных газовых струй для бурения горных пород и т. д.

Осесимметричные сверхзвуковые струи. Проблемной и актуальной задачей газодинамики сверхзвуковых струйных течений в 1950-е годы был расчет начального ударно-волнового участка. Первое оригинальное теоретическое исследование начального участка струи выполнил В.Г. Дулов.

Составные сверхзвуковые струи исследовались с начала 1960-х годов. Первую серию экспериментов провел А.Л. Исаков: измерялось давление торможения на начальном участке струи и фотографировалась ударно-волновая структура.

Встречные сверхзвуковые струи. Исследование сверхзвуковых струй, взаимодействующих со встречным сверхзвуковым потоком связано с задачей торможения летательного аппарата (ЛА) с помощью реактивных двигателей. В 1970-е годы обширное экспериментальное исследование провел Е.И. Соколов.

Сверхзвуковые струи в спутном потоке наиболее детально исследовал Б.Н. Собколов. Спутный поток — это внешняя cреда, которая движется относительно ЛА со скоростью, которую имеет ЛА. Наибольший интерес представляет случай сверхзвукового полета ЛА.

Взаимодействие сверхзвуковой нерасчетной струи с преградой конечных размеров. Экспериментальное исследование важных для инженерной практики режимов взаимодействия нерасчетной струи с преградой, расположенной на начальном участке осесимметричной струи, было начато в 1961 г. А.Л. Исаковым, Б.Н. Собколовым, В.С. Кармановским, Г.А. Акимовым.

Осесимметричное взаимодействие нерасчетной струи с безграничной плоской преградой перпендикулярной потоку исследовалось систематически с начала 1950-х годов. В конце 1960-х — начале 1970-х годов наиболее полные исследования были проведены В.Н. Усковым, Б.Г. Семилетенко и Е.И. Соколовым.

Экспериментальное и теоретическое исследование взаимодействия сверхзвуковой нерасчетной струи с наклонной плоской преградой выполнили В.Н. Усков и Г.А. Акимов в 1970-е годы. Изучались течения при больших углах φ наклона преграды к оси струи, когда поток растекается по всей преграде (как при φ=90є).

Взаимодействие недорасширенной струи с преградой при малых углах встречи. С 1950-х гг. проводились многочисленные модельные и натурные эксперименты для решения конкретных практических задач, связанных с проектированием ЛА и стартового оборудования.

Взаимодействие составной сверхзвуковой струи с преградой. Это газодинамическое явление, характеризующееся наиболее сложной ударно-волновой структурой, в 1950-е годы исследовалось только экспериментально. Детальное исследование проблемы выполнил Ю.М. Рудов в 1966-69 гг., которое дополнил впоследствии результатами, полученными в 1970-е годы.

Неустойчивый режим взаимодействия струи со сферической преградой был впервые обнаружен в 1961 г. А.Л. Исаковым, Б.Н. Собколовым и Г.А. Акимовым. Были перечислены условия, при которых возникают неустойчивые режимы, которые характеризуются автоколебаниями скачков перед преградой и соответствующими пульсациями давления на ее поверхности.