Математическое моделирование движения телесной плоской пластины над неподвижным экраном
Автор: Андрей Владимирович Катунин
Организация: Научно-исследовательский московский комплекс «Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского»
Существует широкий класс задач, в которых происходит аэродинамическое взаимодействие движущихся в воздушной или иной сплошной средой тел с близко расположенной неподвижной поверхностью (экраном). Практическими примерами, где реализуются такие течения, являются: летательные аппараты на режиме взлёта/посадки, движение экраноплана в штатном режиме, течения в зазорах между автомобильным транспортом и дорожным полотном, между составом метро или, скажем, аппарата Hyperloop компании Tesla и тоннелем.
В случае экранного эффекта для несущих поверхностей условно можно выделить два случая: область «нормального» экранного эффекта, когда при приближении к экрану с бесконечности до некоторого расстояния подъёмная сила увеличивается, и «аномального», когда, начиная с некоторого расстояния от экрана при дальнейшем приближении, подъёмная сила начинает уменьшаться. Подавляющая часть работ посвящена исследованию в области «нормального» экранного эффекта (например, [1]). При этом при существующей в различных работах параметрике отсутствует разделение на отдельное влияние несущих свойств и толщины (телесности, объёма) исследуемого тела на исследуемый эффект.
В работе представлена попытка рассмотреть задачу влияния телесности объекта на экранный эффект, для чего проведены серии двумерных аэродинамических расчётов вязкого обтекания плоской телесной пластины над неподвижной безграничной поверхностью. На рисунке приведён пример такого течения. В качестве валидации расчётной методики приведено сравнение с экспериментальными результатами полей скоростей в зазоре между движущейся пластиной и неподвижной поверхностью [1].
Параметрами задачи являлись: толщина пластины, расстояние между пластиной и экраном, число Рейнольдса. Из анализа графиков интегральных аэродинамических сил можно заключить, что даже для не обладающего в безграничном потоке несущими свойствами тела (плоская телесная пластина), экранный эффект сопровождается явлением возникновения подъемной силы. Подробный анализ структуры течения в зазоре между движущейся пластиной и неподвижной поверхностью позволяет выявить причину такого неожиданного поведения, которое в своей основе связано с особенностями обтекания передней и задней кромок пластины.
1. Айрапетов А.Б., Катунин А.В. Анализ средствами математического моделирования особенности аэродинамики моделей ЛА при испытании в АДТ на стендах с различными схемами, моделирующими приэкранную аэродинамику// Сборник докладов XI международной научной конференции по амфибийной и безаэродромной авиации «Гидроавиасалон-2016». М., 2016 г. С. 130.
