Specific Features of the Flow in the Shock Layer near a Semicone on a Flat Plate

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

We present the results of experimental and numerical investigations of the structure of the supersonic M = 3 flow past an arrangement of a semicone on a flat plate, where the cone vertex coincides with the supersonic leading edge of the plate. Using a specially developed optical method for visualizing supersonic conical flows it is established that in the flow past the arrangement at zero or nonzero angle of attack the separation region arising on interaction of either the conical bow shock or the inner shock wave with the plate boundary layer is situated totally on the plate. The appearance of additional singular lines on the semicone surface and vortex structures of inviscid origin in the shock layer is due to the occurrence of contact discontinuities proceeding from the triple points of either the λ-configuration of shock waves accompanying the separation region on the plate or the bow shock wave arising in the flow past the arrangement with or without an angle of attack. Numerical codes for calculating the flow in the conical approximation are developed basing on the viscous and inviscid gas models. The comparison of the calculated results with experimental data shows their satisfactory agreement and possible usage domains of any of these approaches.

Full Text

Restricted Access

About the authors

M. A. Zubin

Lomonosov Moscow State University

Author for correspondence.
Email: zubinma@mail.ru
Russian Federation, Moscow

F. A. Maksimov

Lomonosov Moscow State University

Email: f_a_maximov@mail.ru
Russian Federation, Moscow

References

  1. Зубин М.А., Остапенко Н.А., Чулков А.А. Конические течения газа с ударными волнами и отрывом турбулентного пограничного слоя // Изв. РАН. МЖГ. 2012. № 2. С. 140–160.
  2. Зубин М.А., Максимов Ф.А., Остапенко Н.А. Критерии существования невязких вихревых структур в ударных слоях конических течений газа // Докл. РАН. 2014. Т. 434. № 3. С. 282–288.
  3. Зубин М.А., Максимов Ф.А., Остапенко Н.А. Невязкие вихревые структуры в ударных слоях конических течений около V-образных крыльев // Изв. РАН. МЖГ. 2017. № 3. С. 97–113.
  4. Гунько Ю.П., Кудрявцев А.Н., Рахимов Р.Д. Сверхзвуковые невязкие течения с регулярным и нерегулярным взаимодействием скачков уплотнения в угловых конфигурациях // Изв. РАН. МЖГ. 2004. № 2. С. 152–169.
  5. Аэродинамические установки Института механики МГУ / под. ред. Г.Г. Черного, А.И. Зубкова, Ю.А. Панова. М.: Изд-во Московского университета. 1985. 43 с.
  6. Гонор А.Л., Зубин М.А., Остапенко Н.А. Применение лазеров в экспериментальной аэродинамике / В кн.: Приборостроение и автоматический контроль. М.: Машиностроение. 1985. №2. С. 5–43.
  7. Зубин М.А., Максимов Ф.А., Остапенко Н.А. О некоторых особенностях структуры течения в ударных слоях конических течений газа // Изв. РАН. МЖГ. 2014. № 6. С. 118–134.
  8. Maksimov F.A. Simulation of the Flows Near Wings with Supersonic Edges. Advances in the Theory and Practice of Computational Mechanics. Smart Innovation/ Systems and Technologies. 2022. Vol. 274. P. 87–103.
  9. Максимов Ф.А., Чураков Д.А., Шевелев Ю.Д. Разработка математических моделей и численных методов для решения задач аэродинамического проектирования на многопроцессорной вычислительной технике // ЖВММФ. 2011. Т. 51. №2. С. 303–328.
  10. Авдуевский В.С., Грецов В.К. Исследование трехмерного отрывного обтекания полуконусов, установленных на пластине // Изв. АН СССР. МЖГ. 1970. №6. С. 112-115.
  11. Settles G.S., Kimmel R.L. Similarity of quasiconical shock wave/turbulent boundary layer interactions // AIAA Journal. 1986. Vol. 24. No. 1. Р. 47–53.
  12. Zheltovodov A., Knight D. Ideal-Gas Shock Wave–Turbulent Boundary-Layer Interactions in Supersonic Flows and Their Modeling: Three-Dimensional Interactions / in a book Shock Wave-Boundary-Layer Interactions, edited H. Babinsky and J.K. Harvey (chapter 5, p. 202-258), New York: Cambridge University Press. 2011.
  13. Sabnis K., Babinsky H. A review of three-dimensional shock wave–boundary-layer interactions / Progress in Aerospace Sciences 143 (2023) 100953, p. 1–27.
  14. Зубин М.А., Остапенко Н.А. Структура течения в отрывной области при взаимодействии прямого скачка уплотнения с пограничным слоем в угле // Изв. АН СССР. МЖГ. 1979. № 3. С. 51–58.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Experimental model and coordinate system.

Download (90KB)
3. Fig. 2. Mesh near V-shaped wing with a cone-shaped centre body.

Download (50KB)
4. Fig. 3. Shadow flow patterns (a, b) in the plane of the cone normal and comparison with calculation data (isobars and current lines) for ideal (c, d) and viscous gas (e, f) models at angle of attack α = 0° and ϑ = 25 (a, c, e) and 30° (b, d, f). Symbols I and II are the positions of the special flowing and flowing lines taken from the pictures of the limiting current lines.

Download (512KB)
5. Fig. 4. Picture of current lines on the model surface: angle of attack α = 0°, cone opening semi-angle ϑ = 25°.

Download (537KB)
6. Fig. 5. Pressure distribution over the model surface at α = 0° and ϑ = 30°: symbol I - experiment, curves I, II - non-viscous and viscous calculations; line segments 1-4 - position of special lines on the model surface.

Download (132KB)
7. Fig. 6. Contact rupture intensity ∆K (a) and Mach number Mn (b) of the velocity component normal to the beam passing through the triple point of the λ-configuration of shock waves.

Download (94KB)
8. Fig. 7. Flow diagrams when the plate is streamlined at the angle of attack α = 0°.

Download (143KB)
9. Fig. 8. Shadow flow patterns (a) in the plane of the cone normal moulding and comparison with calculation data (isobars and current lines) for ideal (b) and viscous gas models (c) at angles of attack α = 10° and ϑ = 25°. Symbols I and II are the positions of the special flow and flow lines taken from the pictures of the limiting current lines.

Download (542KB)
10. Fig. 9. Contact rupture intensity ∆K (a) and Mach number Mn (b) of the velocity component normal to the beam passing through the branching point on the head shock.

Download (187KB)
11. Fig. 10. Pressure distribution over the model surface at α = 10° and ϑ = 25°: symbol I - experiment, curves I, II - non-viscous and viscous calculations; line segments 1-4 - location of special lines on the model surface.

Download (131KB)
12. Fig. 11. Schemes of the flow when the plate is streamlined at the angle of attack α.

Download (83KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».