10.2. Пульсации пристеночного давления при обтекании полости и способы их уменьшения

Известно, что отрывное обтекание открытых выемок (полостей квадратного или прямоугольного сечения) сопровождается пульсациями давления. При определенных условиях в выемке могут возникнуть резонансные излучения, возбуждаемые воздушным потоком: при этом образуются вибрации, могущие привести к разрушению обтекаемой конструкции.

Ниже излагаются результаты экспериментального исследования аэродинамических и акустических характеристик прямоугольных выемок на плоской поверхности в присутствии устройств, предназначенных для подавления пульсаций давления на поверхности выемки [10.6]. Исследования проводилось на пластине размером толщиной с профилированными носовой и кормовой частями и боковыми шайбами высотой Исходный вариант прямоугольного выреза шириной имел сечение Глубина выреза могла варьировался за счет перестановки по вертикали съемного дна. Испытания проводились в аэродинамических трубе с открытой рабочей частью диаметром при установке пластины под нулевым углом атаки. Для турбулизации пограничного слоя перед вырезом на поверхности пластины вблизи носка был закреплен проволочный турбулизатор диаметром

При скорости потока толщина пограничного слоя перед вырезом составила и степень турбулентности потока Для принятых глубин выреза отношение ширины выреза к глубине Число Рейнольдса Распределение на поверхности выреза статического давления определялось с помощью дренажных отверстий, расположенных в центральном сечении выреза на боковых стенках, по дну и на поверхности за вырезом. Пульсации давления измерялись в близком к нему сечении конденсаторными микрофонами, установленными заподлицо с поверхностью.

На рис. 10.4 представлены варианты геометрии исследованных образцов. Влияние глубины выемки на характер ее обтекания можно проследить по результатам эксперимента (рис. 10.5), где показано распределение коэффициентов осредненного давления и пульсаций давления и следовало ожидать, наибольшие пульсации давления наблюдаются вблизи задней кромки выреза.

Перейдем теперь к анализу характеристик устройств (см. рис. 10.4), предназначенных для подавления пульсаций давления на стенках выреза. Исследовались варианты: горизонтально расположенные щитки,

перекрывающие переднюю и заднюю части выреза те же щитки, но с отклонением вверх у передней кромки выреза и с отклонением вниз у задней кромки 15° к горизонту вертикально расположенные и наклонные щитки, установленные у передней кромки выреза; вырезы со срезом задней кромки под углом и 6).

На рис. 10.6 - 10.10 приведены распределения пульсаций давления и осредненного давления на поверхности вырезов в присутствии внешних устройств, предназначенных для подавления пульсаций в вырезах. Сопоставление их с распределениями пульсаций давления и усредненного давления в исходных вариантах вырезов без внешних устройств (рис. 10.5) показывает, что применение исследованных устройств может привести к существенному изменению указанных распределений. Наряду с перераспределением поля осредненных давлений, существенно изменяются и распределения пульсаций давления. При этом перераспределение пульсаций давления может происходить как за счет изменения параметров течения в вырезе, в частности, при смещении области присоединения потока, так и за счет изменения резонансных характеристик полости выреза.

Обычно спектры пульсаций давления как внутри выреза, так и за ним являются широкополосными; пульсации давления перекрывают весь диапазон звуковых частот. В качестве примера на рис. 10.11 приведены спектры пульсаций давления, измеренные при обтекании исходного прямоугольного выреза. В некоторых случаях в спектрах пульсаций давления внутри выреза появляются дискретные составляющие. Обычно размер области, в которых наблюдаются такие дискретные составляющие, невелик, и в спектрах пульсаций давления на поверхности за пределами выреза дискретные составляющие не просматриваются.

Рис. 10.4. Варианты исследованных конфигураций полости

(кликните для просмотра скана)

(кликните для просмотра скана)

Рис. 10.10. То же для

Однако при установке горизонтальных щитков рис. 10.6) на вырезе глубиной интенсивные резонансные колебания, определяющие суммарные уровни пульсаций давления, наблюдаются (рис. 10.12) во всей области измерений, в том числе и за вырезом. В работе [10.7] излагается метод расчета полей скорости, давления и пульсаций давления при обтекании прямоугольных выемок на плоской поверхности.

Рис. 10.11. Спектры пульсаций давления на стенках полости

Рис. 10.12. Дискретные пики на спектрах (вар. 1)