3. Объект и средства исследования, оборудование

Объектом исследования является программно-математический комплекс и основные элементы вычислительного эксперимента по исследованию течения в сверхзвуковом сопле.

Для выполнения лабораторной работы требуется наличие электронной вычислительной техники с установленным программным обеспечением.

4. Варианты заданий

Студенту дается задание расчета течения в сверхзвуковом сопле на расчетном и нерасчетном режимах и определение потерь тяги. В качестве метода исследования является численное моделирование течения в двумерной осесимметричной постановке.

5. ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ И МЕТОДИЧЕСКИЕ РЕКОМЕНДАЦИИ.

1. Построить контур области течения и создать дискретную геометрическую модель для проведения вычислительного эксперимента.

2. Задать границы на созданной сетке.

3. Создать файл физических данных, включающий параметры компонентов потока, начальные данные и необходимые параметры численного решения.

4. Выполнить численное моделирование заданных вариантов процесса до установления параметров.

5. Проанализировать параметры течения (давление, скорость, температуру, плотность), определить тягу сопла на исследуемых режимах течения.

6. Результаты расчета представить в виде картин течения и в виде эпюр параметров в характерных сечениях и по оси сопла.

7. Ответить на контрольные вопросы.

6. Указание по оформлению отчета.

Каждый студент оформляет отчет, который должен содержать:

• постановку задачи;

• контур области течения и дискретную геометрическую модель, границы на созданной сетке;

• файл физических данных, включающий параметры компонентов потока, начальные данные и необходимые параметры численного решения;

• результаты численного моделирования в виде цветовых полей распределения, графиков и эпюр параметров (давления, скорости, температуры, плотности);

• анализ полученных результатов;

• ответы на контрольные вопросы.

7. Контрольные вопросы.

1. Что является причиной возникновения скачков уплотнения при нерасчетном течении по соплу?

2. Объясните потерь тяги при нерасчетном течении по соплу?

3. Что происходит с температурой газа при течении по соплу?

4. Объясните причину ускорения газа в дозвуковой и сверхзвуковой частях сопла с физической точки зрения.

5. В какой форме задаются граничные условия на входе в сопло?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 5

Численное моделирование несимметричного течения в плоском сопле и определение управляющего усилия

1. Цель работы

Целью работы является изучение течения при внезапном расширении или сужении потока газа. Методом исследования является численное моделирование в двумерной постановке.

2. Основы теории

Для получения управляющего усилия во многих конструкциях ЛА используют кососрезанные сопла, вдув струи в сверхзвуковую часть сопла, газовые рули, насадки на сверхзвуковую часть сопла. Все эти конструктивные решения отклоняют поток и приводят к его несимметричному воздействию на стенки диффузора и, следовательно, к боковой составляющей тяги.

Например, в зоне косого среза газовый поток наряду с дополнительным разгоном вдоль оси сопла претерпевает и боковое отклонение от его оси на некоторый угол (рис.1), образуя боковое усилие R.

Рис.1. Схема кососрезанного сопла.

В зоне косого среза диффузора происходит разгон потока и увеличение его пол­ной реакции, так как непрерывно растет площадь поперечного сечения. Боковое отклонение потока или отклонение вектора его полной реакции от оси сопла с физической точки зрения объясняется односторонним воздействием стенки диффузора на газовый поток в зоне косого среза.

При проектировании подобных элементов необходим газодинамический расчет с целью определения диапазона управляющего усилия.