Инженерный журнал: наука и инновацииЭЛЕКТРОННОЕ НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЕ ИЗДАНИЕ
свидетельство о регистрации СМИ Эл № ФС77-53688 от 17 апреля 2013 г. ISSN 2308-6033. DOI 10.18698/2308-6033
  • Русский
  • Английский
Статья

Численное моделирование взаимодействия неоперенного вращающегося тела со сверхзвуковым потоком

Опубликовано: 14.01.2019

Авторы: Власов О.Ю., Семенчиков Н.В.

Опубликовано в выпуске: #1(85)/2019

DOI: 10.18698/2308-6033-2019-1-1839

Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов

Представлены результаты численного исследования обтекания вращающегося  и невращающегося тел вращения при сверхзвуковых скоростях набегающего потока (М∞ = 2,0…4,0). Исследование проведено в целях определения применимости численного метода, построенного на основе осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье — Стокса, замкнутых моделью турбулентности (RANS-метод), к расчету обтекания сверхзвуковым потоком вращающихся неоперенных тел и верификации метода. В результате расчетов с использованием программного комплекса ANSYS 14.5 получено распределение давления и касательных напряжений по поверхности тела вращения, а также найдены коэффициенты суммарных аэродинамических сил и моментов для вращающегося и невращающегося тел. Проведено сравнение полученных результатов для распределения давления и зависимости силы Магнуса от угла атаки с имеющимися экспериментальными данными. Установлено, что для не вращающегося тела расхождение между расчетными и экспериментальными значениями распределения давления по поверхности тела составляет не более 5 %. Для вращающегося тела отсутствуют экспериментальные данные по распределению давления, поэтому выполнено сравнение интегральных характеристик — силу и момент Магнуса. При безотрывном обтекании расхождение между результатами расчета и эксперимента не превышает 7 %, с развитием отрыва потока сходимость расчетных и экспериментальных значений ухудшается. На основании проведенных исследований сделан вывод, что используемый метод можно применять для оценки влияния вращения на аэродинамические характеристики вращающегося тела при сверхзвуковых скоростях


Литература
[1] Seifert J. A review of the Magnus effect in aeronautics. Progress in Aerospace Sciences 55, 2012, pp. 17–45.
[2] Бычков Н.М. Ветродвигатель с эффектом Магнуса. Теплофизика и аэромеханика, 2005, т. 12, № 1, с. 159–175.
[3] Кусюмов А.Н., Батраков А.С., Нурмухаметов Р.Р., Баракос Дж. Моделирование обтекания вращающегося кругового цилиндра с учетом ламинарно-турбулентного перехода. Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, 2013, № 2, с. 31–37.
[4] Pechier M., Guillen Ph. A Combined Theoretical-Experimental Investigation of Magnus Effects. AIAA Paper, 1998, no. 98–2797. DOI: 10.2514/6.1998-2797
[5] Kayser L., Sturek W., Yanta W. Measurements in the Turbulent Boundary Layer of a Yawed, Spinning Body of Revolution at Mach 3.0 with a Laser Velocimeter and Impact Probe. AIAA Paper, 1978, no. 78–824. DOI: 10.2514/6.1978-824
[6] Nietubicz C.J., Sturek W.B., Heavey K.R. Computations of Projectile Magnus Effect at Transonic Velocities. AIAA Journal, 1985, vol. 23, no. 7, pp. 998–1004.
[7] Fletcher C.A.J. Computational Techniques for Fluid Dynamics. In 2 vols. Heidelberg, Springer-Verlag, 1998.
[8] Голубев А.Г., Калугин В.Т., Луценко А.Ю., Москаленко В.О. Аэродинамика. Москва, Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010, 687 с.
[9] Снегирёв А.Ю. Высокопроизводительные вычисления в технической физике. Численное моделирование турбулентных течений. Санкт-Петербург, Изд-во Политехн. ун-та, 2009, 143 с.
[10] Bradshaw P., Woods W.A. An Introduction to Turbulence and its Measurement. Pergamon Press, 1971, 238 p.
[11] Wilcox D.C. Turbulence modeling for CFD. DCW Industries Inc., 1998, 537 p.
[12] Белов И.А., Исаев С.А. Моделирование турбулентных течений. Санкт-Петербург, Балтийский государственный технический ун-т, 2001, 109 с.
[13] ANSYS Customer Portal. URL: http://support.ansys.com/portal/site/AnsysCustomerPortal (дата обращения 06.07.2018).