ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Естественные науки”. 2012
59
УДК 533.6.011
А.С. Е п и х и н , В.Т. К а л у г и н , П.А.
Ч е р н у х а
ВЛИЯНИЕ ВИХРЕЙ НА АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ
ХАРАКТЕРИСТИКИ СТАБИЛИЗИРУЮЩИХ
ПОВЕРХНОСТЕЙ ПРИ ДОЗВУКОВОМ
ОБТЕКАНИИ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ
Проанализировано влияние вихрей на аэродинамические стабилизиру-
ющие поверхности. Для численного моделирования обтекания исполь-
зовался открытый пакет OpenFOAM. Выполнен расчет и проведена
оценка возмущений, обусловленных наличием тормозного щитка на
киль ЛА. Установлено, что пульсации поперечной силы на киле вслед-
ствие срыва вихрей с торцевых поверхностей тормозного щитка в
6
раз больше, чем пульсации силы при его отсутствии. Для снижения
динамических нагрузок предложен вариант тормозного щитка с
перфорацией, которая, как показали результаты численного модели-
рования, уменьшает пульсации поперечной силы на 40…50 % по срав-
нению с конструкцией без перфорации.
E-mail:
kaluginvt@mail.ru
;
andy_e@bk.ru
;
polina_ch@mail.ru
Ключевые слова
:
влияние вихрей, летательный аппарат (ЛА), откры-
тый пакет OpenFOAM, модель турбулентности LES, требования к сетке,
тормозной щиток, киль, поперечная сила, перфорация.
Моделирование вихревых течений и их взаимодействие с несу-
щими поверхностями — одна из актуальных задач в областях авиа-
ции и ракетостроения. Особое место занимает проблема образования
вихревых структур при обтекании ЛА. Впервые этот вопрос возник в
конце прошлого столетия, когда основополагающие идеи Н.Е. Жу-
ковского, С.А. Чаплыгина, Л. Прандтля, Т. Кармана на многие деся-
тилетия предопределили пути развития аэродинамики. Под руковод-
ством Н.Е. Жуковского были созданы аэродинамические лаборато-
рии в ИМТУ и Московском университете, в которых проводились
уникальные работы, способствовавшие развитию целого ряда науч-
ных направлений в механике жидкости и газа. Проведенные
Н.Е. Жуковским исследования оказали огромное влияние на развитие
авиации и ракетно-космической техники.
Исследуя сложные вихревые течения, Н.Е. Жуковский понимал,
что невозможно создать надежную теорию, не зная из эксперимента
главных особенностей изучаемых явлений, необходим подход, соче-
тающий физическое и математическое моделирование процессов об-
текания. Опыты, проведенные Н.Е. Жуковским и его учениками, по
исследованию вихревого обтекания установили факт уменьшения
коэффициента сопротивления шара с увеличением скорости обтека-
ния. Об экспериментах, связанных с образованием вихрей, он пишет:
«
Вблизи шара на расстоянии до одного диаметра вихревая область