1. Введение 2
2. Восстановление теплового потока с помощью ГДТП 4
2.1 Модель лазерной искры 4
2.2 Градиентный датчик теплового потока 9
2.3 Поиск передаточной функции 11
3. Расчет параметров газа перед обтекаемым телом 13
3.1 Параметры газа за прямым скачком уплотнения 13
3.2 Одномерная модель распада разрыва 15
4. Экспериментальное исследование теплового потока на цилиндре 18
4.1 Экспериментальные данные 18
4.2 Анализ экспериментальных данных 20
5. Заключение 25
6. Список литературы 26
Изучение сверхзвукового потока с вложением энергии при помощи
лазерного или СВЧ разряда является важным и интересным аспектом
современной аэродинамики, так как в перспективе это может дать новые
способы управления летательным аппаратом на высоких скоростях. В идеале
это позволит осуществлять пилотирование на больших сверхзвуковых
скоростях без использования механических «рулей», пользуясь только
устройствами, осуществляющими энерговложение. Преимущество
заключается в том, что механические части будут подвергнуты меньшим
нагрузкам, и можно с большой точностью и скоростью осуществить разряд,
чтобы получить нужный момент силы или изменить характер обтекания объекта.
Произведено множество исследований на эту тему, как теоретических,
так и экспериментальных. Основным предметом анализа являются
последствия от сильного нагрева области оптического пробоя перед
обтекаемым телом, такие как, например, изменение распределения давлений
на теле, изменение характера обтекания, появление вихрей. В работе [14]
просчитано падение давления торможения на полусфере, расположенной на
цилиндре и описано появление вихря перед телом. Произведены
эксперименты, подтверждающие эту теорию [15]. Равным образом интерес
вызывает и сам процесс осуществления оптического пробоя в различных
условиях, потому что в зависимости от начальных параметров среды может
изменяться минимальное пороговое значение интенсивности излучения для
создания пробоя, такие данные приведены в работах [10, 11].
На данный момент проведено мало экспериментов по исследованию
тепловых нагрузок на теле в сверхзвуковом потоке газа с энергоподводом, что
и послужило мотивацией для начала исследований в этой области.
Была поставлена задача оценить теплопередачу в критической точке
продольно обтекаемого цилиндра. В результате работы был восстановлен
тепловой поток через передаточную функцию с помощью градиентного
датчика теплового потока; подсчитаны параметры течения перед телом до и
после распада разрыва. Основываясь на этих данных были получены числа
Рейнольдса и Нуссельта для стационарного продольного обтекания цилиндра
и изменение температуры в критической точке тела при распаде разрыва.
В результате работы были рассчитаны числа Nu и Re при стационарном сверхзвуковом обтекании цилиндра; найдено изменение температуры в критической точке цилиндра при энерговложении в поток и последующем распаде разрыва.
Для обработки данных градиентного датчика теплового потока была получена передаточная функция системы «ГДТП+усилитель» с учетом её чувствительности.
В дальнейшем можно уточнить наши оценки, решая более строгую постановку задач теплопроводности и распада разрыва. А также усовершенствовать эксперимент, замерив температуру в критической точке и в нескольких местах на поверхности тела, чтобы точно знать, при какой температуре происходит теплопередача и какова температура стенки.
