Импульсные струйные сверхзвуковые течения

• Автор: Голуб, Виктор Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 278 с. : ил.

Глава 1. Обзор работ по исследованию импульсных струйных сверхзвуковых течений и их воздействия на преграду
1.1. Структура стационарных сверхзвуковых струй газа
1.2. Аналитическое и численное моделирование запуска сверхзвуковых струй
1.2.1. Запуск струи, истекающей в вакуум
1.2.2. Запуск струи, истекающей в пространство с противодавлением
1.3. Экспериментальные исследования запуска сверхзвуковых струй, истекающих в пространство с противодавлением
1.4. Течение расширения при дифракции ударной волны на плоском выпуклом угле (автомодельный случай)
1.4.1. Структура течения расширения после огибания ударной волной плоского выпуклого угла
1.4.2.0трыв потока при огибании ударной волной плоского выпуклого угла
1.4.3.Форма дифрагированной волны и тип отражения ее от стенки
1.5. Течения расширения, возникающие при выходе ударной волны из канала (неавтомодельный случай)
1.5.1.Осесимметричный канал
1.5.2. Канал квадратного сечения
1.5.3.Вторичная ударная волна в зоне вихревого кольца
1.5.4. Потери полного давления в струйных течениях
1.6. Воздействие течений расширения на преграду
1.6.1. Взаимодействие с преградой стационарных и импульсных струй
1.6.2. Взаимодействие ударной волны, выходящей из канала круглого сечения, с плоской преградой
1.7. Практическое применение импульсных течений расширения
Выводы к гл

Глава 2. Методы экспериментального и численного исследования импульсных течений расширения
2.1. Экспериментальная база
2.2. Методики измерения газодинамических и тепловых параметров нестационарных сверхзвуковых потоков
2.2.1. Методика исследования структуры потока теневым методом
2.2.2. Измерение плотности интерферометрическим методом
2.2.3.Развитие методики обработки осесимметричных интерферограмм и примеры ее использования
2.2.4. Измерение давления и температуры стенки
2.3. Численный метод расчета пространственных течений расширения
2.4. Анализ погрешностей при измерении основных параметров потока
2.4.1. Погрешность измерения числа Маха ударных волн
2.4.2. Погрешность измерения положения характерных неоднородностей
2.4.3. Погрешность измерения давления
Выводы к гл
Глава 3. Формирование крупномасштабных вихревых структур в осесимметричных недорасширенных импульсных струях
3.1. Критерии моделирования нестационарных сверхзвуковых струй, истекающих в затопленное пространство
3.2. Условия проведения экспериментов
3.3. Вихревые структуры, возникающие при формировании осесимметричных недорасширенных струй
3.4. Влияние температурного фактора на развитие крупномасштабных вихревых
структур в струях
3.5. Динамика вихревых структур в импульсных струях при изменении физических
свойств истекающего и окружающего газов
3.6. Влияние числа Рейнольдса на крупномасштабные вихревые структуры в импульсных струях
3.7. Развитие вихревых структур в блочных импульсных струях
3.8. Влияние геометрических характеристик сопел и разносов между ними на развитие
вихревых структур в блочных струях азота
Выводы к гл

Глава 4. Течения расширения, возникающие при выходе ударной волны из канала
4.1. Дифракция ударной волны при выходе из канала круглого сечения в свободное пространство с противодавлением
4.1.1. Структура потока
4.1.2. Падение амплитуды давления на дифрагированной волне и скорости волны
4.1.3. Падение интенсивность ударной волны вдоль задней стенки
4.2. Дифракция ударной волны при выходе из канала квадратного сечения в неограниченное пространство
4.2.1. Инверсия структуры потока по отношению к плоскостям симметрии
4.2.2. Влияние трехмерности течения на распределение давлений на задней стенке
4.3. Дифракция ударной волны на прямом выпуклом угле при выходе из канала в полуограниченное пространство
4.3.1. Зависимость числа Маха распространения переднего фронта и пристеночной части ударной волны от числа Маха падающей волны при дифракции из канала круглого сечения
4.3.2. Ослабление ударной волны по диагоналям при дифракции из канала квадратного сечения
4.3.3. Сравнение осесимметричного и трехмерного случаев
4.3.4. Распределение термодинамических параметров в потоке за дифрагированной волной
4.4. Изменение типа отражения пристеночной ударной волны при неавтомоделыюй дифракции на прямом угле
4.5. Расширение потока при выходе ударной волны из канала
4.5.1. Угол отрыва потока от стенки
4.5.2. Терминатор
4.5.3. Структура "первой бочки струи"
4.6. Возникновение локальных сверхзвуковых областей в дозвуковом потоке за слабой дифрагированной ударной волной
4.6.1. Теоретическое определение наименьшего числа Маха ударной волны, при котором возникает сверхзвуковой поток при выходе ударной волны из канала
4.6.2. Экспериментальное обнаружение вихревого скачка при низких числах Маха падающей ударной волны

вблизи передней границы дульных газов вихревого кольца. На основании последовательности фотографий процесса истечения были построены траектории ♦ первичной ударной волны, контактной поверхности и диска Маха, причем пришлось
провести аппроксимацию данных траекторий показательными функциями времени. Ввиду отсутствия обобщающих зависимостей в данной работе не представляется возможным использование ее результатов для насадков различных диаметров и других начальных условий. Численное моделирование околодульного волнового течения, вызванного расширением газа из винтовочного ствола проведено в [112, 113]. В [112] для решения, системы газодинамических уравнений для центрально-симметричного нестационарного течения между диском Маха и первичной ударной волной использовался конечно-разностный метод. Авторы [ИЗ] решат систему газодинамических уравнений Эйлера в двуметровой постановке методом Годунова. Полученные в обеих работах данные по движению внешней ударной волны, '* контактной поверхностью и маховским диском хорошо согласуются с
экспериментальными данными [111]. К сожалению, в данных работах приводится сравнение траекторий движений разрывов вдоль оси истечения, и не затрагиваются вопросы динамики ударных волн и контактной поверхности в целом. Численный метод, используемый в [113] представляется более предпочтительным для проведения моделирования нестационарных течений, поскольку используемые в [112] предположение о центральной симметрии течения, как правило, не выполняется.
В работе [114] экспериментально изучался дульный тормоз. Разрабатывалась конструкция, которая позволяет минимизировать воздействие расширяющейся ударной волны на окружающие объекты и при этом ослаблять отдачу. Для этого использовались поверхности, отклоняющиеся под действием ствольных газов.
В работе [115] экспериментатьно исследовалось уменьшение шума генерируемого выхлопной трубой от полулитрового 4х цилиндрового охлаждаемого водой автомобильного бензинового двигателя. Измерение давления вдоль выхлопной трубы показато нелинейное распространение волн сжатия, выстреливаемых из выхлопного патрубка двигателя, вырождающееся в движение ударных волн. Была использована двух экспозиционная голографическая интерферометрия. В ударной трубе обнаружены ударные волны с числом Маха 1.09. Изучение нелинейного взаимодействия и распространения волн важно при разработке глушителя для автомобилей. Также установили, что наилучший способ ослабления ударной волны реализуется в глушителе, имеющем область расширения, где происходит процесс