Возникновение донного сопротивления объясняется необратимым превращением части кинетич. энергии тела в теплоту при образовании за дном тела отрывного течения и вихрей, а в сверхзвуковом потоке - ещё и хвостовых ударных волн.
Обтекающий летящее тело наружный поток, оторвавшись от поверхности тела, интенсивно перемешивается с воздухом, находящимся в застойной зоне за дном тела, увлекая и отсасывая часть воздуха из застойной зоны, и в ней возникает разрежение (рис.). Отсасывающее действие наружного потока зависит от толщины пограничного слоя на боковой поверхности тела перед его донным срезом: чем толще пограничный слой, тем слабее отсасывание, тем выше рД и тем меньше донное сопротивление. Донное давление рД, и, следовательно, величина донного сопротивления зависят также от формы головной и гл. обр. кормовой частей тела, от скорости полёта и (в меньшей степени) от угла атаки.
Схема течения в донной области ракеты при сверхзвуковой скорости полёта на малой высоте. 1 - корпус ракеты: 2 - сопло двигателя; 3 - пограничный слой на корпусе; 4 - слой смешения с внешним потоком, отсасывание; 5 - слой смешения со струей, отсасывание; 6 - циркуляционное течение (вихри); 7- головная ударная волна; 8 - хвостовая ударная волна; 9 - след за телом.
Донное сопротивление артиллерийских снарядов, корпусов ракет, фюзеляжей самолётов, спускаемых в атмосфере космич. летат. аппаратов и боевых частей ракет может составлять значит. часть полного аэродинамич. сопротивления, достигающую 70% его при трансзвуковых скоростях полёта хорошо обтекаемых тел. При расположении на дне тела или вблизи донного среза сопел двигательных установок ракет струи, вытекающие из сопел, усиливают отсасывание воздуха и донное сопротивление возрастает. Теоретич. предельная величина донного сопротивления (максимальная) отвечает возникновению полного вакуума на дне тела (рд=0).
На большой высоте полёта струи двигателей, сильно расширяясь, взаимодействуют с внеш. потоком вблизи днища, образуется возвратное течение в сторону днища ракеты и донное давление повышается, поэтому на большой высоте донного сопротивления уменьшается и может даже стать отрицательным (при рД>р: ).
Безразмерный коэф. донного сопротивления сcд=Хд/q:S, где q: =r:v2:/2, r: - плотность атмосферы на высоте полета, v: - скорость тела, S - площадь его миделевого сечения, зависит от подобия критериев - Маха числа М и Рейнолъдса числа Re.
Наряду с широким применением эксперим. методов определения донного сопротивления успешно развиваются расчётно-теоретич. модели течения в донной области, основанные на решении полных Навье - Стокса уравнений. Разработаны эффективные численные методы расчёта на ЭВМ течений в донной области разл. тел, пригодные в нек-ром ограниченном диапазоне изменения М и Re.
С. Л. Вишневецкий
|
|
 |
