Механика жидкости и газа в аэрокосмической технике: Электронное мультимедийное пособие. Шахов В.Г - 95 стр.

UptoLike

ВУЗ: 

СГАУ | Самара

Составители: 

Рубрика: 

14. Сверхзвуковой пограничный слой и аэродинамический нагрев
При движении летательного аппарата в атмосфере частицы газа, примыкающие к стенке,
увлекаются стенкой или, что одно и то же, при обтекании аппарата из-за трения тормозятся у
стенки. Процесс торможения сопровождается выделением тепла и диссипацией кинетической
энергии потока. Если скорость полета достаточно велика, то вблизи стенки образуется слой газа
с высокой температурой, нагревающей поверхность аппарата.
Температура газа может достигнуть значений, близких к значениям температуры
торможения:
2
0
2
1
1 MTT
. (179)
Здесь T
∞
– температура набегающего потока газа.
Уже при числах M
∞
> 2,5 температура в простеночном слое газа может достигнуть
575 K, что связано с переходом от обычно применяемых в авиационных конструкциях
дюралюминиевых сплавов к более теплостойким материалам. При M
∞
> 5 стальные
конструкции должны защищаться специальными покрытиями, а при M
∞
> 10 не всегда удается
создать необходимую конструкцию. Наконец, при еще более высоких скоростях полета
температура газа у стенки и тепловые потоки становятся такими большими, что приходится
допускать унос вещества самой поверхности в силу плавления, сублимации и др.
Высокие температуры, возникающие в пограничном слое и передающиеся движущемуся
телу, оказывают обратное влияние на пограничный слой, изменяя его толщину δ и напряжение
трения η
0
на стенке. Поэтому невозможно правильно рассчитать эти величины без учета
нагрева. И наоборот, невозможно точно рассчитать нагрев, не имея данных о структуре и
характеристиках пограничного слоя.
Поскольку при больших скоростях температура в пограничном слое изменяется
существенно, то оказывается переменной и плотность газа. Вследствие того, что давление по
сечению пограничного слоя примерно постоянно, плотность в пограничном слое изменяется
обратно пропорционально температуре. Из уравнения состояния получаем
RT
p
.
При этих условиях по сечению пограничного слоя оказываются переменными вязкость
μ(T) и теплопроводность λ(T). С увеличением температуры μ и λ возрастают.
Из-за нарушения адиабатичности движения в пограничном слое, вызываемого вязкостью
газа, его температура около стенки будет несколько ниже, чем это следует из формулы (179).

Страницы