ГАЗОДИНАМИКА ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ СВЕРХЗВУКОВОЙ СТРУИ С ПРЕГРАДОЙ

© Г.А.Акимов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Проблемы ракетной и космической техники"
2013 г.

Развитие авиационно-ракетной техники потребовало, в частности, решения многих газодинамических проблем. Особое место среди этих вопросов занимают проблемы, связанные с формированием сверхзвуковых струйных течений со сложной ударно-волновой структурой. Эта структура существенно усложняется при взаимодействии сверхзвуковой струи с преградой (поверхностью), поскольку происходит взаимодействие ударных волн (скачков уплотнения) свободной струи и ударных волн, возникающих перед обтекаемой поверхностью.

В Балтийском государственном техническом университете «Военмех» им. Д.Ф. Устинова эти вопросы исследовались в связи с задачами разделения ступеней и старта летательных аппаратов (ЛА).

Рассматриваются основные результаты этих исследований по следующим направлениям:

– осесимметричное взаимодействие нерасчётной струи с безграничной плоской преградой, перпендикулярной потоку;

– метод определения суммарного воздействия нерасчётной струи на отражатель.

Результаты исследований можно сформулировать следующим образом: важная для инженерной практики проблема, имеющая и научное значение, состояла в изучении ударно-волновых явлений на начальном участке сверхзвуковых струй, так как именно в околосопловой зоне элементы конструкции ЛА испытывают максимальное воздействие струйного потока.

Методы изучения процессов истечения:

– моделирование газоструйных течений на экспериментальных установках с реактивными двигателями на жидком и твёрдом топливе и на установках типа аэродинамических труб, использующих сжатый воздух;

– исследование ударно-волновой структуры и режимов течения в сверхзвуковых струях с помощью кино- и фоторегистрации;

– измерение давления в газовых потоках и на обтекаемых поверхностях (элементах конструкции), измерение суммарных сил и моментов;

– математическое моделирование процессов истечения на основе законов сохранения — составление системы уравнений с учётом особенностей течения, выявленных в результате физического моделирования (эксперимента);

– решение уравнений, описывающих течение газа, приближёнными аналитическими методами и методами численного интегрирования.

Результаты исследований, использованные при разработке проектов ЛА:

– схемы течений на начальном участке сверхзвуковых газовых струй различных видов — односопловых, составных, встречных — со спутным потоком;

– методы расчёта и оценки основных геометрических и газодинамических параметров течения (граница струи, положение и форма ударных волн, распределение параметров в характерных областях струи).