Оценка применимости различных моделей турбулентности для исследования высокоскоростных течений в воздухозаборных устройствах
Авторы: Студенников Е.С.
Опубликовано в выпуске: #1(109)/2021
DOI: 10.18698/2308-6033-2021-1-2046
Раздел: Авиационная и ракетно-космическая техника | Рубрика: Аэродинамика и процессы теплообмена летательных аппаратов
Рассмотрена задача об оптимизации системы скачков уплотнения, реализующей максимум полного давления. На основе ее решения выбрана конфигурация сверхзвукового воздухозаборного устройства внешнего сжатия. Проведено численное моделирование течения в воздухозаборном устройстве в полетных условиях при числе Маха набегающего потока, равном 7,5. Для расчетов применена модель идеального газа. Система усредненных по Фавру уравнений Навье — Стокса дополнена одной из моделей турбулентности: Спаларта — Аллмараса, k–ε, k–ω и γ–Reθ. Рассмотрены двумерная и трехмерная конфигурации входного устройства. Исследовано влияние углов атаки, температуры стенок и числа Маха набегающего потока на характеристики течения. Определены диапазоны числа Маха, соответствующие режиму пуска воздухозаборного устройства. Описан гистерезис характеристик при переходе воздухозаборного устройства в режим пуска для различных моделей турбулентности.
Литература
[1] Campbell D.H. F-12 series aircraft propulsion system performance and development. J. of Aircraft, 1974, vol. 11 (11), pp. 670–676. https://doi.org/10.2514/3.60402
[2] Seddon J., Goldsmith E.L. Intake Aerodynamics. 2nd ed. AIAA Educational Series, 1999, 1407 p.
[3] McClinton C.R., Hunt J.L., Ricketts R.H., Reukauf P., Peddie C.L. Airbreathing hypersonic technology vision vehicles and development dreams. 9th International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference and 3rd Weakly Ionized Gases Workshop, 1–5 November 1999, Norfolk, VA, USA, AIAA 99–4978. https://doi.org/10.2514/6.1999-4978
[4] Falempin F., Wendling F., Goldfeld M., Starov A. Experimental Investigation of Starting Process for a Variable Geometry Air Inlet Operating from Mach 2 to Mach 8. 42nd AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit, 9–12 July 2006, Sacramento, California, AIAA 2006–4513. https://doi.org/10.2514/6.2006-4513
[5] Teng J., Yuan H. Variable geometry cowl sidewall for improving rectangular hypersonic inlet performance. Aerospace Science and Technology, 2015, vol. 42, pp. 128–135. https://doi.org/10.1016/j.ast.2015.01.011
[6] Häberle J., Gülhan A. Internal flow field investigation of a hypersonic inlet at Mach 6 with bleed. J. of Propulsion and Power, 2007, vol. 23 (5), pp. 1007–1017. https://doi.org/10.2514/1.29669
[7] Goldfeld M.A., Orlik E.V. The Research of Laminar-Turbulent Transition in Hypersonic Three-Dimensional Boundary Layer. J. of Thermal Science, 2005, vol. 14 (2), pp. 103–107. https://doi.org/10.1007/s11630-005-0018-y
[8] Ганжело А.Н. Оптимизация одной системы скачков уплотнения. Изв. РАН. Механика жидкости и газа, 2009, № 4, с. 162–172.
[9] Омельченко А.В., Усков В.Н. Оптимальные ударно-волновые системы. Изв. РАН. Механика жидкости и газа, 1995, № 6, с. 118–126.
[10] Aleksandrov V.Yu, Danilov M.K., Gouskov O.V., Gusev S.V., Kukshinov N.V., Prokhorov A.N., Zakharov V.S. Numerical and experimental investigation of different intake configuration of HEXAFLY-INT facility module. 30th Congress of the International Council of the Aeronautical Sciences, 25–30 September 2016, Daejeon, Korea. URL: https://www.icas.org/ICAS_ARCHIVE/ICAS2016/data/papers/2016_0380_paper.pdf
[11] Pezzella G., Marini M., Cicala M., Vitale A., Langener T., Steelant J. Aerodynamic Characterization of HEXAFLY Scramjet Propelled Hypersonic Vehicle. 32nd AIAA Aviation (Applied Aerodynamics Conference), 16–20 June 2014, Atlanta, GA, AIAA 2014–2844. https://doi.org/10.2514/6.2014-2844
[12] Steelant J., Langener T., Di Matteo F., Hannemann K., Riehmer J., Kuhn M., Dittert C., Scheuerpflug F., Jung W., Marini M., Pezzella G., Cicala M., Serre L. Conceptual Design of the High-Speed Propelled Experimental Flight Test Vehicle HEXAFLY. 20th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference, 6–9 July 2015, Glasgow, Scotland, AIAA 2015–3539.
[13] Karl S., Steelant J. Crossflow Phenomena in Streamline-Traced Hypersonic Intakes. J. of Propulsion and Power, 2018, vol. 34 (2), 11 p. https://doi.org/10.2514/1.B36637
[14] Kantrowitz A., Donaldson C. Preliminary investigation of supersonic diffusers. NACA Wartime Report, 1945, no. L5D20, 23 p.
[15] Молчанов А.М., Щербаков М.А., Янышев Д.С., Куприков М.Ю., Бы-ков Л.В. Построение сеток в задачах авиационной и космической техники. Москва, Изд-во Моск. авиац. ин-та, 2013, 260 с.
[16] Spalart P.R., Allmaras S.R. A One-Equation Turbulence Model for Aerodynamic Flows. 30th Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 6–9 January 1992, Reno, NV, USA, AIAA–92–0439. https://doi.org/10.2514/6.1992-439
[17] Launder B.E., Spalding D.B. Lectures in Mathematical Models of Turbulence. London, Academic Press, 1972, 169 p.
[18] Wilcox D.C. Turbulence Modeling for CFD. 3rd ed. La Canada, California, DCW Industries Inc., 2006, 536 p.
[19] Langtry R.B., Florian R., Menter F.R. Correlation-Based Transition Modeling for Unstructured Parallelized Computational Fluid Dynamics Codes. AIAA Journal, 2009, vol. 47 (12), pp. 2894–2906. https://dx.doi.org/10.2514/1.42362