Численное исследование взаимодействия сверхзвукового потока вязкого газа с поперечной струёй, вдуваемой под углом через щель в пластине
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2026.19.1.7Ключевые слова:
высокоскоростные течения, численное моделирование, RANS, вязко-невязкое взаимодействие, щелевой вдув, поперечная струяАннотация
Представлены результаты комплексного численного исследования взаимодействия сверхзвукового потока воздуха с числом Маха, равным 3.5, и стационарной струи, вдуваемой через щель в обтекаемой пластине. Математическая модель основана на осреднённых по Рейнольдсу уравнениях Навье–Стокса, решаемых методом конечных объёмов. На первом этапе выполнены методические расчёты, позволившие обосновать выбор оптимальных параметров расчётной сетки, схемы аппроксимации конвективных потоков и модели турбулентности. Установлено, что наилучшее соответствие экспериментальным данным обеспечивает модель турбулентности Спаларта–Аллмараса с поправкой на сжимаемость в сочетании со схемой AUSM+up второго порядка точности. После валидации вычислительной методики проведено систематическое параметрическое исследование влияния двух факторов: относительного давления в струе (в диапазоне от 8.74 до 63.5) и угла вдува (от –30 до 30◦). Показано, что увеличение интенсивности струи приводит к практически линейному росту длины отрывной зоны перед щелью, глубины проникновения струи в набегающий поток и результирующей силы, действующей на пластину. Наибольшая результативность вдува, характеризуемая коэффициентом усиления, достигается при относительном давлении, равном 17.12; его дальнейшее повышение сопровождается интенсификацией ударно-волнового взаимодействия и снижением эффективности вдува. Исследование влияния угла вдува выявило выраженную асимметрию между попутным и противопоточным направлениями вдува. Противопоточный вдув приводит к формированию обширных отрывных зон, интенсивных скачков уплотнения и значительных потерь полного давления. Попутный вдув, напротив, способствует прижатию струи к поверхности, ослаблению ударно-волновой структуры и снижению потерь.
Скачивания
Библиографические ссылки
Min B.Y., Lee J.W., Byun Y.H. Numerical investigation of the shock interaction effect on the lateral jet controlled missile // Aerospace Science and Technology. 2006. Vol. 10. P. 385–393. DOI: 10.1016/J.AST.2005.11.013
Huang W., Pourkashanian M., Ma L., Ingham D.B., Luo S.B., Wang Z.G. Effect of geometric parameters on the drag of the cavity flameholder based on the variance analysis method // Aerospace Science and Technology. 2012. Vol. 21. P. 24–30. DOI: 10.1016/j.ast.2011.04.009
Everett D.E., Woodmansee M.A., Dutton J.C., Morris M.J. Wall Pressure Measurements for a Sonic Jet Injected Transversely into a Supersonic Crossfow // Journal of Propulsion and Power. 1998. Vol. 14, no. 6. P. 861–868.
Spaid F.W., Zukoski E.E. A study of the interaction of gaseous jets from transverse slots with supersonic external flows // AIAA Journal. 1968. Vol. 6, no. 2. P. 205–212. DOI: 10.2514/3.4479
Aso S., Okuyama S., Kawai M., Ando Y. Experimental Study on the Mixing Phenomena in Supersonic Flows with Slot Injection // 29th Aerospace Sciences Meeting. 1991. AIAA-91-0016. DOI: 10.2514/6.1991-16
Gnemmi P., Adeli R., Longo J. Computational Comparisons of the Interaction of a Lateral Jet on a Supersonic Generic Missile // AIAA Atmospheric Flight Mechanics Conference and Exhibit. 2008. 2008–6883. DOI: 10.2514/6.2008-6883
Gnemmi P., Gruhn P., Leplat M., Nottin C., Wallin S. Computation validation on lateral jet interactions at supersonic speeds // International Journal of Engineering Systems Modelling and Simulation. 2013. Vol. 5. P. 68–83. DOI: 10.1504/IJESMS.2013.052384
DeSpirito J. Turbulence Model Effects on Cold-Gas Lateral Jet Interaction in a Supersonic Crossflow // Journal of Spacecraft and Rockets. 2015. Vol. 52, no. 3. P. 836–852. DOI: 10.2514/1.A32974
Huh J., Lee S. Numerical study on lateral jet interaction in supersonic crossflows // Aerospace Science and Technology. 2018. Vol. 80. P. 315–328. DOI: 10.1016/j.ast.2018.07.022
Huang W., Liu W.D., Li S.B.,Xia Z.X., Liu J., Wang Z.G.Influences of the turbulence model and the slot width on the transverse slot injection flow field in supersonic flows// Acta Astronautica. 2012. Vol. 73. P. 1–9. DOI: 10.1016/j.actaastro.2011.12.003
Pudsey A.S., Boyce R.R., Wheatley V. Influence of Common Modeling Choices for High-Speed Transverse Jet-Interaction Simulations // Journal of Propulsion and Power. 2013. Vol. 29, no. 5. P. 1076–1086. DOI: 10.2514/1.B34750
Sriram A.T., Mathew J. Improved Prediction of Plane Transverse Jets in Supersonic Crossflows // AIAA Journal. 2006. Vol. 44, no. 2. P. 405–408. DOI: 10.2514/1.17114
Rana Z.A., Thornber B., Drikakis D. Transverse jet injection into a supersonic turbulent cross-flow // Physics of Fluids. 2011. Vol. 23. 046103. DOI: 10.1063/1.3570692
Zhang Y., Liu W., Sun M. Effect of Microramp on Transverse Jet in Supersonic Crossflow // AIAA Journal. 2016. Vol. 54, no. 12. P. 4043–4045. DOI: 10.2514/1.J055338
Williams N.J., Moeller T.M., Thompson R.J. Numerical simulations of high frequency transverse pulsed jet injection into a supersonic crossflow // Aerospace Science and Technology. 2020. Vol. 103. 105908. DOI: 10.1016/j.ast.2020.105908
Qiao C.L., Xu H.Y., Li J., Hu H.D. Parametric study on the sonic transverse jet in supersonic crossflow and analysis of the jet-crossflow interaction instability // Aerospace Science and Technology. 2022. Vol. 123. 107472. DOI: 10.1016/j.ast.2022.107472
Darwish M.S., Moukalled F. TVD schemes for unstructured grids // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2003. Vol. 46. P. 599–611. DOI: 10.1016/S0017-9310(02)00330-7
Kolesnik E., Smirnov E., Smirnovsky A. RANS-based numerical simulation of shock wave/turbulent boundary layer interaction induced by a blunted fin normal to a flat plate // Computers & Fluids. 2022. Vol. 247. 105622. DOI: 10.1016/j.compfluid.2022.105622
Smirnov E.M.,Zaitsev D.K.,SmirnovskyA.A.,Kolesnik E.V.,PozhilovA.A.Assessment of Several Advanced Numerical Algorithms Implemented in the CFD Code SINF/Flag-S for Supercomputer Simulations // Supercomputing Frontiers and Innovations. 2024. Vol. 11, no. 2. P. 14–31. DOI: 10.14529/jsfi240202
Yan L., Huang W., Zhang T., Li H., Yan X. Numerical investigation of the nonreacting and reacting flow fields in a transverse gaseous injection channel with different species // Acta Astronautica. 2014. Vol. 105. P. 17–23. DOI: 10.1016/j.actaastro.2014.08.018
Welch A.B., Wallace J.S. Performance Characteristics of a Hydrogen-Fueled Diesel Engine with Ignition Assist // SAE Technical Paper Series. 1990. 902070. DOI: 10.4271/902070
Werle M.J., Driftmyer R.T., Shaffer D.G. Jet-interaction-induced separation - The two-dimensional problem // AIAA Journal. 1972. Vol. 10, no. 2. P. 188–193. DOI: 10.2514/3.6558
Wang Z., Jiang C., Gao Z., Lee C. Prediction for the Separation Length of Two-Dimensional Sonic Injection with High-Speed Crossflow // AIAA Journal. 2017. Vol. 5, no. 3. P. 832–847. DOI: 10.2514/1.J05519
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
