| |
области течения относительно велики. По этой причине вблизи поверхности тела
образуется слой сильно завихренного течения с относительно большими значениями
энтропии (так называемый энтропийный слой). Возмущения давления
распространяются вниз по потоку на расстояния много большие размера затупления
и определяются в основном не формой, а сопротивлением затупления. В рамках
нестационарной аналогии действие затупления равносильно сильному взрыву
(мгновенному выделению энергии) на поверхности поршня в начальный момент его
движения (так называемая аналогия с сильным взрывом).
При {{?}} < < 1 существенными особенностями обладает и структура течения в
пограничном слое. Торможение гиперзвукового, внешнего потока внутри
пограничного слоя вызывает значительный рост температуры и, как следствие,
сильное падение плотности газа. В пределе, когда вне пограничного слоя М{{???}},
весь газ протекает в «невязкой» области возмущенного потока, и внешнюю границу
слоя можно считать непроницаемой поверхностью. Влияние пограничного слоя на
давление аналогично при этом увеличению толщины тела на толщину пограничного
слоя и может быть весьма большим. Степень возрастания давления за счёт такого
влияния при M{{?}} > > 1 и любых значениях ? оценивается параметром K2 =
K2(K1 + 1)-2(Re01/2sin2{{?}})-1. Режимы K2 < < 1, K2~1 и K2 > > 1 носят
соответственно названия слабого, умеренного и сильного вязкого взаимодействия.
При слабом влиянии разреженности газа (малых Кнудсена числах) и M{{?}}{{?}}1
значение Re0 > > l. Поэтому режимы сильного и умеренного вязкого
взаимодействия (K2{{?}}1) реализуются лишь на тонких телах ({{?}} < < 1) при
условии M{{?}} > > 1. Важным свойством течений с сильным или умеренным вязким
взаимодействием является передачи возмущений вверх по потоку через дозвуковую
часть пограничного слоя на расстояния, сравнимые с длиной тела. По этой причине
изменение, например, давления в кормовой части тонкого тела может существенно
перестроить всё поле течения без отрыва пограничного слоя.
К термодинамическим особенностям Г. т. относятся несовершенство газа
(переменность удельных теплоёмкостей), отклонения от термодинамического
равновесия и излучение газа. В частности, для воздуха при температурах T >
1000{{ }}К удельной теплоёмкости уже существенно зависят от температуры, а
примерно при T > 2000{{ }}К — и от давления (см. Кинетика физико-химическая).
В случае полёта в летательном аппарате в атмосфере Земли такие температуры
достигаются на его лобовой поверхности соответственно при M{{?}} > 4 и M{{?}} >
8. Течения, в которых процессы установления в газе термодинамического
равновесия не успевают за темпом изменения внешних воздействий, называются
неравновесными. Предельные режимы неравновесных течений, когда указанные
процессы практически не успевают развиваться вообще, называют замороженными.
Замороженные течения воздуха и при больших температурах не отличаются от
течений при T < 1000{{ }}К, то есть соответствуют течению совершенного газа с
показателем адиабаты {{?}} = 1,4. На замороженные течения может оказать
сильное влияние разреженность газа (см. Разреженных газов динамика). Эффекты
неравновесности растут с уменьшением размеров тела и с увеличением высоты
полёта. При движении летательного аппарата типа сферы с характерным размером
~1 м в атмосфере Земли область неравновесных течений для скоростей V{{?}} =
3—11 км/с начинается соответственно с высот H {{?}} 40—60 км, а область
замороженных — определяется высотами H > 70 км. При скоростях V{{?}} > 9 км/с
все указанные термодинамические эффекты могут сопровождаться интенсивным
излучением газа (см. Радиационный тепловой поток). Изменения термодинамических
свойств газа при больших температурах могут вызывать значительные изменения
аэродинамических и особенно тепловых характеристик тел.
При аэродинамическом проектировании гиперзвуковых летательных аппаратов
необходимо удовлетворить широкому комплексу требований не только к его
аэродинамическим, но и к тепловым характеристикам. Большое число явлений,
сопровождающих полёт летательного аппарата, исключает при этом возможность
полного моделирования условий натурного обтекания в аэродинамических установках.
Расчётные методы исследования Г. т. приобретают, таким образом, исключительно
важное значение.
Лит.: Черный Г. Г., Течения газа с большой сверхзвуковой скоростью, М., 1959;
Xейз У. Д., Пробстин Р. Ф., Теория гиперзвуковых течений, пер. с англ., М.,
1962; Лунев В. В., Гиперзвуковая аэродинамика, М., 1975.
В. В. Михайлов.
гиперзвуковой прямоточный воздушно-реактивный двигатель (ГПВРД) — прямоточный
воздушно-реактивный двигатель со сверхзвуковой скоростью потока в камере
сгорания. В отличие от прямоточного воздушно-реактивного двигателя со сгоранием
топлива в дозвуковом потоке в ГПВРД воздух тормозится в меньшей степени — до
скорости, превышающей скорость звука. Степень торможения определяется главным
образом условиями достижения максимальной эффективности и существенно зависит
от режима работы двигателя и условий полёта — Маха числа M{{?}} и высоты полёта.
Различают ГПВРД внутреннего и внешнего сгорания. Схематично ГПВРД внутреннего
сгорания представляет собой тело с каналом переменный сечения, основные
элементы которого (воздухозаборник, камера сгорания и реактивное сопло),
выполняя те же функции, что и соответствующие элементы прямоточного
воздушно-реактивного двигателя, имеют отличия, связанные со спецификой
теплоподвода к сверхзвуковому воздушному потоку (рис. 1). Контуры ГПВРД
внешнего сгорания образованы внешней поверхностью летательного аппарата и зоной
теплоподвода, возникающей при подаче топлива в обтекающий летательный аппарат
сверхзвуковой поток и сгорании топливовоздушной смеси (рис. 2). Сгорание смеси
в ГПВРД обоих типов может происходить без сильных скачков уплотнения,
переводящих сверхзвуковой поток на входе в сверхзвуковой поток меньшей скорости
|
|