Способ воздействия на поток, обтекающий систему тел

 

Использование: в авиационно-космической, подводной и строительно-монтажной технике. Технический результат: умножение сопротивления системы продольно и поперечно разнесенных ромбовидных и веретенообразных тел с намагниченными передними кромками и концевым насадком с брикетом радиоактивных частиц. Сущность изобретения: включает подачу пульсирующей струи с частицами твердых материалов из головной части тела с концевым шаровым насадком и брикетом навстречу набегающему потоку. В замкнутой полости концевого насадка с лобовыми и донными патрубками закручивают пульсирующую струю и инициируют самоподдерживающееся колебательное движение газа с частицами около обтекаемого тела. 15 ил.

Изобретение относится к авиационной, космической, подводной и строительно-монтажной технике, а точнее к способам воздействия на набегающий поток и может быть использовано при конструировании летательных аппаратов и высокоскоростных устройств других приложений.

Известен способ воздействия на сверхзвуковой поток частицами, метаемыми вверх по потоку нагнетаемой из баллонов струей воздуха. Jornal of Fluid Mechanics, 1966, v. 26, p. 2, p. 337.

Однако этот способ не позволяет объединить разбиения ударных волн за счет частиц и посредством конфигурации тела.

Наиболее близким к заявленному способу по физической сущности является способ, включающий подачу струи газов с частицами твердых материалов из головной части твердого тела навстречу потоку. Патент СССР N 1782219, кл. B 64 C 23/00, 1992.

В данном способе инициируют внутри осевой открытой полости звездообразного поперечного сечения с теплоизолированным закрытым концом и источником твердых частиц самоподдерживающееся колебательное движение газа с твердыми частицами и воздействуют пульсирующей струей на ударную волну.

Недостатком известного способа является неполное использование динамики продольной и поперечной интерференции между одноименными элементами ромбовидных клиньев и веретенообразных тел вращения с различной формой и затуплением намагниченных передних кромок и вершин. Сюда же относится отсутствие воздействия намагниченных частиц на систему слабых скачков уплотнения вдоль потока. Все это не позволяет существенно уменьшить сопротивление движению в различных средах системы твердых тел.

Техническим результатом от использования изобретения является создание способа воздействия магнитными волнами на структуру обтекания системы тел и разбиения ударных волн около них.

Сущность изобретения заключается в том, что в способе воздействия на поток, обтекающий систему тел, путем подачи пульсирующей струи с частицами твердых материалов из головной части тела брикетом навстречу набегающему потоку, намагничивают передние кромки системы продольно и поперчено разнесенных тел ромбовидной и клиновой веретенообразной конической формы, инициируют самоподдерживающееся колебательное движение газа с радиоактивными частицами, закручивают с помощью лобовых и донных патрубков пульсирующую струю из головной части тела, причем подают охлажденное ядро струи вверх, а ее нагретую периферию вниз по потоку.

На фиг. 1 представлен соответственно общий вид одного из возможных устройств с плоским затуплением, реализующий способ воздействия на поток, обтекающий систему тел; на фиг. 2 продольное сечение устройства, изображенного на фиг. 1; на фиг. 3 сечение по А-А фиг. 2; на фиг. 4 - сечение по Б-Б фиг. 1; на фиг. 5 сечение по В-В фиг. 1; на фиг. 6 общий вид затупления с радиальными ребрами; на фиг. 7 общий вид затупления, выполненного на основе совмещения в пространстве степенных продольных и поперечных линий; на фиг. 8 экспериментальные и расчетные зависимости; на фиг. 9 устройство без затупления вершины и радиоактивного насадка с четырьмя носовыми клиновыми эментами в одиночном исполнении; на фиг. 10 то же, в групповом поперечном расположении; на фиг. 11 сечение по А-А фиг. 9; на фиг. 12 сечение по Б-Б фиг. 10; на фиг. 13 сечение по В-В фиг. 11; на фиг. 14 - экспериментальная зависимость коэффициента лобового сопротивления одиночного веретена (фиг. 9) C_x при числе Маха M 6; на фиг. 15 - экспериментальная зависимость коэффициента давления ΔP от относительно продольной координаты Х.

Устройство (фиг. 1) для реализации способа представляет собой коническое-веретенообразное тело вращения 1 с плоским передним затуплением и клиновой ромбовидный элемент 2, устанавливаемый радиально вдоль веретена с полусферическими 3 и конической 4 выемкой. На клине и веретене имеются поперечные канавки, придающие им волнообразную поверхность. Отверстие 5, патрубки 6 и 6', брикет с частицами 7 и сам концевой насадок изображены в сечении А-А. На сечении Б-Б фиг. 4 изображены продольные зазубрины на клине около его передней кромки.

Сечение В-В дает представление о полицилиндрической конструкции клина, и есть соответственно радиусы затупления и выемки.

На фиг. 6 представлен общий вид затупления с радиальными ребрами. Отличительной особенностью такого затупления является отсутствие продольного отверстия и наличие степенного контура тела вращения. Причем показатель степени изменяется от 0,45 до 0,65, а удлинении l_н тела вращения от 0,1 до 0,6.

На фиг. 7 изображен общий вид затупления, выполненного на основе совмещения в пространстве степенных продольных и поперечных линий. Каждый клиновидный элемент затупления выполнен в виде винтовой циклической поверхности, описанной в цилиндрической системе координат по аналитической зависимости: , где r текущая величина поперечной координаты цилиндрической системы координат; Θ угловая координата цилиндрической системы координат, изменяемая от 0 до p/n; ζ продольная координата цилиндрической системы координат, изменяемая от 0 до 1; n количество клиновидных элементов, изменяемое от 2 до 6; b параметр удлинения, определяемый отношением изменяемый в пределах: 0,45 ≅ g ≅ 0,65; 6,5 ≅ α ≅ 5,5; 1,5 ≅ m ≅ 2,5; 0,01 ≅ d ≅ 0,5; 0,5 ≅ g ≅ 2; 0,8 ≅ t ≅ 0,5; 2,8 ≅ T ≅ 2,6.

Оба варианта затупления имеют звездообразную форму поперечного сечения.

Линиями 8, 9, 10 на фиг. 8 обозначены зависимости при наличии электромагнитного (радиоактивного) предвестника, плоского (с предвестником) и звездообразного (без предвестника) затупления и в отсутствии последнего при числе Маха М 4 и удлинении эквивалентного конуса λ_н 0,5. Видно заметное преимущество звездообразного затупления.

Линии 11, 12 соответствуют дозвуковым (М 0,1) зависимостям x_к/x_з.т(α°) при удлинениях λ_н 0,5 и 1.

Видно, что при сверхзвуковых скоростях положительный эффект ( X_к/X_з.т > 1,4) максимален.

На фиг. 9 представлено острое веретенообразное тело с четырьмя носовыми клиновыми элементами в одиночном исполнении.

На фиг. 10 и сечении Б-Б фиг. 12 в групповых поперечном и продольном расположениях.

Позициями 13 и 14 обозначены соответственно сам клиново-ромбовидный элемент и полицилиндрическая поверхность на нем. Позицией 15 обозначено коническое веретенообразное тело вращения.

На фиг. 12 показана возможность установки на расстоянии двух и более ромбовидных элементов. Продольная цепочка может быть выстроена и для веретенообразных тел.

На фиг. 14 приведена экспериментальная зависимость коэффициента лобового сопротивления одиночного веретена (фиг. 9) C_x при числе Маха М 6 от стреловидности передних кромок ромбовидных элементов 13. Точки 16 и 17 относятся соответственно к веретену с шестью ромбовидными элементами и изолированному веретену. Цифрой 18 обозначена зависимость C_x (Ψ°) для веретена с четырьмя ромбовидными элементами.

На фиг. 15 представлена экспериментальная зависимость коэффициента давления от относительно продольной координаты X, при дренажных измерениях на пластине, отдаленной от оси веретенообразного тела вращения на расстояние пяти диаметров его. Видно, что при всех значениях угла γ° (от γ° 0^o в плоскости пластины до γ° 45^o в биссекторной плоскости угла между смежными пластинами) наблюдается уменьшение интенсивности головного скачка уплотнения при числе Маха М 2.

Способ осуществляется следующим образом.

Для облегченного высокоскоростного перемещения проникателя через атмосферу перестраивается ее структура на участке движения тела. С этой целью перед телом по направлению его полета воздействуют электромагнитными волнами (радиоактивным излучением) с частицами на наконечнике. Сверхвысокая частота колебаний передает информацию структуре набегающего потока для ее перестройки под непосредственное поликлиноконическое разбиение потока. Вытолкнутые с помощью эффектов Гартмана и Ранка радиоактивные частицы, ударяясь сначала о плоский торец с выемкой, а затем об ударную волну, делают радиоактивной (намагниченной) и опять же меняют тонкую структуру потока внутри последней и системы скачков уплотнения, ее образуемой. При этом они разбивают и поверхности этих скачков. Ромбовидные-клиновые и веретенообразные-конические элементы с плоскими передним затуплением в кольцевой выемкой и волнистыми контурами в продольном и поперечном направлениях дробят ударную волну на систему интерферирующих скачков уплотнения. В идеальном случае течение между элементами пространственного биплана Буземана будет изоэнтропическим с равенством вектора скорости на входе и выходе. При поперечной компоновке такого биплана можно также пользоваться сверхзвуковым правилом площадей, выбирая расстояния между элементами с учетом числа Маха и переднего угла. Так, для числа М 2 и полного угла конусности носовой части тела вращения 2β 40^o расстояния между их осями l должны быть не менее 1,4 диаметра d. Для обтекания системы (с несколькими вершинами) веретенообразных и ромбовидных элементов без вредной интерференции скачков уплотнения внутри них необходимо соблюдение следующего неравенства: где
d для веретена наибольший диаметр и для ромба максимальная толщина в месте продольного сечения (на фиг. 4 это Б-Б). К ослаблению отрывных тенденций на положительную интерференцию приводят вихри, образуемые в полусферических выемках около миделей ромбов и веретен внутри углов между последними. То есть в целом формируется комплексная картина самоорганизующихся структур волнового, вихревого, радиоактивного (электромагнитного) характера, которая приводит к общему существенному уменьшению сверхзвукового сопротивления.

Необходимо особо отметить новизну воздействия на газодинамическую структуру обтекания путем создания низкочасттного магнитного поля или электромагнитных высокочастотных γ -волн (радиоактивного излучения). В этом случае средством воздействия являются намагниченные частицы, траектория движения которых не отслеживает линию тока потока. Частица испытывает силовое воздействие как от потока, так и от магнитного поля. Совокупность таких частиц влияет на формирование волновой структуры обтекания и сопротивления.

Неочевидность технического решения определяется объединением эффектов Гартмана и Ранка в едином динамическом действии концевого насадка (сечение А-А). На выходе в замкнутое отверстие Гартмана выполняют под углами к оси отверстия 5 лобовые патрубки 6, посредством которых обеспечивают закрутку потока в отверстии. У дна последнего располагают донные патрубки 6, для отвода горячего газа периферии струи за корму шарового насадка. С помощью брикета 7, состоящего из радиоактивных частиц, выталкивают навстречу потоку охлажденное ядро струи и оторвавшиеся от брикета частицы в пульсационном режиме. Охлажденный газом изменяют структуру обтекания насадка и его температуру. Радиоактивными частицами же способствуют ионизации обтекающего потока и дополнительному электромагнитному управлению им.

Анализ динамики привершинного затупления показывает на значительные преимущества звездообразного затупления, которое заметно влияет на физику обтекания с электромагнитными частицами.

При воздействии на воду с формированием каверны заострение кормы ромбовидных клиньев и веретенообразных тел вращения с передним затуплением играет принципиальную роль. В случае образования кавитационного обтекания каверна будет схлопываться не на движущемся теле, а за ним. При наличии продольной цепочки тел схлопывание среды производится волнообразно в пространствах между смежными телами с неким разнесением во времени.

Тем самым показана техническая эффективность и универсальность предлагаемого способа воздействия на поток, обтекающий систему тел. Данный способ позволяет до полутора раз уменьшить сопротивление и промышленно осуществим в проектировании и производстве различных динамических устройств малого сопротивления.

Формула изобретения

Способ воздействия на поток, обтекающий систему тел, путем подачи пульсирующей струи с частицами твердых материалов из головной части тела брикетом навстречу набегающему потоку, отличающийся тем, что намагничивают передние кромки системы продольно и поперечно разнесенных тел ромбовидной-клиновой и веретенообразной конической формы, инициируют самоподдерживающееся колебательное движение газа с радиоактивными частицами и закручивают с помощью лобовых и донных патрубков пульсирующую струю из головной части тела, причем подают охлажденное ядро струи вверх, а ее нагретую периферию вниз по потоку.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7, Рисунок 8, Рисунок 9, Рисунок 10, Рисунок 11, Рисунок 12, Рисунок 13, Рисунок 14, Рисунок 15