Влияние угла атаки плоского эллиптического кавитатора на параметры искусственной суперкаверны
Излагаются результаты экспериментального исследования изменения вертикального размера миделевого сечения суперкаверны, вертикального смещения хвостовой части каверны и коэффициента уноса газа из искусственной суперкаверны при изменении угла наклона плоского эллиптического кавитатора в диапазоне δ=±3...
Saved in:
| Published in: | Прикладна гідромеханіка |
|---|---|
| Date: | 2014 |
| Main Authors: | , , |
| Format: | Article |
| Language: | Russian |
| Published: |
Інститут гідромеханіки НАН України
2014
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116490 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Cite this: | Влияние угла атаки плоского эллиптического кавитатора на параметры искусственной суперкаверны / Ю.Н. Савченко, Ю.Д. Власенко, Г.Ю. Савченко // Прикладна гідромеханіка. — 2014. — Т. 16, № 4. — С. 39-45. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-116490 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Савченко, Ю.Н. Власенко, Ю.Д. Савченко, Г.Ю. 2017-04-28T15:12:11Z 2017-04-28T15:12:11Z 2014 Влияние угла атаки плоского эллиптического кавитатора на параметры искусственной суперкаверны / Ю.Н. Савченко, Ю.Д. Власенко, Г.Ю. Савченко // Прикладна гідромеханіка. — 2014. — Т. 16, № 4. — С. 39-45. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. 1561-9087 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116490 532.528 Излагаются результаты экспериментального исследования изменения вертикального размера миделевого сечения суперкаверны, вертикального смещения хвостовой части каверны и коэффициента уноса газа из искусственной суперкаверны при изменении угла наклона плоского эллиптического кавитатора в диапазоне δ=±30°. В экспериментах величина горизонтальной оси эллиптического кавитатора была постоянной P1=21.5 м, а величина вертикальной оси изменялась по закону D2=D1cos⁻¹δ в соответствии с установленным углом наклона кавитатора δ=± 5°; ±10°; ±20°; ±30°. Полученные результаты сравнивались с известными теоретическими завистимостями. Викладаються результати експериментального дослідження зміни вертикального розміру мідельового перерізу суперкаверни, вертикального зсуву хвостової частини каверни і коефіцієнта виносу газу з штучної суперкаверни при зміні кута нахилу плоского еліптичного кавітатора в діапазоні δ=± 30°. У експериментах величина горизонтальної осі еліптичного кавітатора була сталою P1=21.5 мм, а величина вертикальної осі змінювалася згідно із законом D2=D1cos⁻¹δ відповідно до встановленого кута нахилу кавітатора δ=±5°; ±10°; ±20°; ±30°. Отримані результати порівнювалися звідомими теоретичними залежностями. The results of experimental research of varying the vertical dimension of the supercavity mid-section, vertical shift of the cavity transom and the gas loss coefficient from an artificial supercavity when varying the angle of slope of flat elliptic cavitator in the range δ=± 30° are stated. In experiments, the value of the horizontal axis of elliptic cavitator was constant P1=21.5 mm, and the vertical axis value was changed by law D2=D1cos⁻¹δ in accordance with the set angle of the cavitator slope δ=±5°; ±10°; ±20°; ±30°. The obtained results are compared with the known theoretical dependences. ru Інститут гідромеханіки НАН України Прикладна гідромеханіка Науковi статтi Влияние угла атаки плоского эллиптического кавитатора на параметры искусственной суперкаверны Вплив кута атаки плоского эліптичного кавитатора на параметри штучної суперкаверни Influence of angle of attack of flat elliptic cavitator on artificial supercavity parameters Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Влияние угла атаки плоского эллиптического кавитатора на параметры искусственной суперкаверны |
| spellingShingle |
Влияние угла атаки плоского эллиптического кавитатора на параметры искусственной суперкаверны Савченко, Ю.Н. Власенко, Ю.Д. Савченко, Г.Ю. Науковi статтi |
| title_short |
Влияние угла атаки плоского эллиптического кавитатора на параметры искусственной суперкаверны |
| title_full |
Влияние угла атаки плоского эллиптического кавитатора на параметры искусственной суперкаверны |
| title_fullStr |
Влияние угла атаки плоского эллиптического кавитатора на параметры искусственной суперкаверны |
| title_full_unstemmed |
Влияние угла атаки плоского эллиптического кавитатора на параметры искусственной суперкаверны |
| title_sort |
влияние угла атаки плоского эллиптического кавитатора на параметры искусственной суперкаверны |
| author |
Савченко, Ю.Н. Власенко, Ю.Д. Савченко, Г.Ю. |
| author_facet |
Савченко, Ю.Н. Власенко, Ю.Д. Савченко, Г.Ю. |
| topic |
Науковi статтi |
| topic_facet |
Науковi статтi |
| publishDate |
2014 |
| language |
Russian |
| container_title |
Прикладна гідромеханіка |
| publisher |
Інститут гідромеханіки НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Вплив кута атаки плоского эліптичного кавитатора на параметри штучної суперкаверни Influence of angle of attack of flat elliptic cavitator on artificial supercavity parameters |
| description |
Излагаются результаты экспериментального исследования изменения вертикального размера миделевого сечения суперкаверны, вертикального смещения хвостовой части каверны и коэффициента уноса газа из искусственной суперкаверны при изменении угла наклона плоского эллиптического кавитатора в диапазоне δ=±30°. В экспериментах величина горизонтальной оси эллиптического кавитатора была постоянной P1=21.5 м, а величина вертикальной оси изменялась по закону D2=D1cos⁻¹δ в соответствии с установленным углом наклона кавитатора δ=± 5°; ±10°; ±20°; ±30°. Полученные результаты сравнивались с известными теоретическими завистимостями.
Викладаються результати експериментального дослідження зміни вертикального розміру мідельового перерізу суперкаверни, вертикального зсуву хвостової частини каверни і коефіцієнта виносу газу з штучної суперкаверни при зміні кута нахилу плоского еліптичного кавітатора в діапазоні δ=± 30°. У експериментах величина горизонтальної осі еліптичного кавітатора була сталою P1=21.5 мм, а величина вертикальної осі змінювалася згідно із законом D2=D1cos⁻¹δ відповідно до встановленого кута нахилу кавітатора δ=±5°; ±10°; ±20°; ±30°. Отримані результати порівнювалися звідомими теоретичними залежностями.
The results of experimental research of varying the vertical dimension of the supercavity mid-section, vertical shift of the cavity transom and the gas loss coefficient from an artificial supercavity when varying the angle of slope of flat elliptic cavitator in the range δ=± 30° are stated. In experiments, the value of the horizontal axis of elliptic cavitator was constant P1=21.5 mm, and the vertical axis value was changed by law D2=D1cos⁻¹δ in accordance with the set angle of the cavitator slope δ=±5°; ±10°; ±20°; ±30°. The obtained results are compared with the known theoretical dependences.
|
| issn |
1561-9087 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/116490 |
| citation_txt |
Влияние угла атаки плоского эллиптического кавитатора на параметры искусственной суперкаверны / Ю.Н. Савченко, Ю.Д. Власенко, Г.Ю. Савченко // Прикладна гідромеханіка. — 2014. — Т. 16, № 4. — С. 39-45. — Бібліогр.: 9 назв. — рос. |
| work_keys_str_mv |
AT savčenkoûn vliânieuglaatakiploskogoélliptičeskogokavitatoranaparametryiskusstvennoisuperkaverny AT vlasenkoûd vliânieuglaatakiploskogoélliptičeskogokavitatoranaparametryiskusstvennoisuperkaverny AT savčenkogû vliânieuglaatakiploskogoélliptičeskogokavitatoranaparametryiskusstvennoisuperkaverny AT savčenkoûn vplivkutaatakiploskogoélíptičnogokavitatoranaparametrištučnoísuperkaverni AT vlasenkoûd vplivkutaatakiploskogoélíptičnogokavitatoranaparametrištučnoísuperkaverni AT savčenkogû vplivkutaatakiploskogoélíptičnogokavitatoranaparametrištučnoísuperkaverni AT savčenkoûn influenceofangleofattackofflatellipticcavitatoronartificialsupercavityparameters AT vlasenkoûd influenceofangleofattackofflatellipticcavitatoronartificialsupercavityparameters AT savčenkogû influenceofangleofattackofflatellipticcavitatoronartificialsupercavityparameters |
| first_indexed |
2025-11-25T20:40:23Z |
| last_indexed |
2025-11-25T20:40:23Z |
| _version_ |
1850530809033785344 |
| fulltext |
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 4. С. 39 – 45
УДК 532.528
ВЛИЯНИЕ УГЛА АТАКИ ПЛОСКОГО ЭЛЛИПТИЧЕСКОГО
КАВИТАТОРА НА ПАРАМЕТРЫ ИСКУССТВЕННОЙ
СУПЕРКАВЕРНЫ
Ю. Н. СА В Ч ЕН К О, Ю. Д. В Л АС ЕН К О, Г. Ю. СА ВЧ Е Н КО
Институт гидромеханики НАН Украины, Киев
03680 Киев – 180, МСП, ул. Желябова, 8/4
e-mail office@hydromech.com.ua
Получено 20.09.2014
Излагаются результаты экспериментального исследования изменения вертикального размера миделевого сечения
суперкаверны, вертикального смещения хвостовой части каверны и коэффициента уноса газа из искусственной
суперкаверны при изменении угла наклона плоского эллиптического кавитатора в диапазоне δ = ±30◦. В экспе-
риментах величина горизонтальной оси эллиптического кавитатора была постоянной P1 = 21.5 мм, а величина
вертикальной оси изменялась по закону D2 = D1 cos−1 δ в соответствии с установленным углом наклона кавитато-
ра δ = ±5◦;±10◦;±20◦;±30◦. Полученные результаты сравнивались с известными теоретическими завистимостями.
КЛЮЧЕВЫЕ СЛОВА: кавитатор, каверна, обтекание
Викладаються результати експериментального дослiдження змiни вертикального розмiру мiдельового перерiзу су-
перкаверни, вертикального зсуву хвостової частини каверни i коефiцiєнта виносу газу з штучної суперкаверни при
змiнi кута нахилу плоского елiптичного кавiтатора в дiапазонi δ = ±30◦. У експериментах величина горизонтальної
осi елiптичного кавiтатора була сталою P1 = 21.5 мм, а величина вертикальної осi змiнювалася згiдно iз законом
D2 = D1 cos−1 δ вiдповiдно до встановленого кута нахилу кавiтатора δ = ±5◦;±10◦;±20◦;±30◦. Отриманi резуль-
тати порiвнювалися з вiдомими теоретичними залежностями.
КЛЮЧОВI СЛОВА: кавiтатор, каверна, обтiкання
The results of experimental research of varying the vertical dimension of the supercavity mid-section, vertical shift of the
cavity transom and the gas loss coefficient from an artificial supercavity when varying the angle of slope of flat elliptic
cavitator in the range δ = ±30◦ are stated. In experiments, the value of the horizontal axis of elliptic cavitator was
constant P1 = 21.5 mm, and the vertical axis value was changed by law D2 = D1 cos−1 δ in accordance with the set
angle of the cavitator slope δ = ±5◦;±10◦;±20◦;±30◦. The obtained results are compared with the known theoretical
dependences.
KEY WORDS: cavitator, cavity, flow
ВВЕДЕНИЕ
Изучению геометрии каверн за некруговыми ка-
витаторами посвящен ряд теоретических и экспе-
риментальных работ [1–3]. При этом были уста-
новлены важные закономерности:
1. Поперечное сечение каверн, образованных
плоскими кавитаторами эллиптитческой формы,
установленными поперек набегающего потока, по
мере удаления от кавитатора изменяют свою пер-
воначальную эллиптическую форму, приближаясь
к круговой, а затем эволюционируют к эллипти-
ческой с противоположной ориентацией большой
и малой осей.
2. Локальные особенности кавитатора в виде вы-
ступающих углов или, наоборот, впадин вызыва-
ют на поверхности каверн гребни или впадины
противоположного знака, чем те, что имеет кави-
татор. Доказательством к сказанному могут слу-
жить приведенные на рис. 1 результаты обмера се-
чений каверны за кавитатором в форме ромба с
отношением осей 1/6. В данном случае имело ме-
сто совмещение указанных процесcов [4].
Также в литературе имеется ряд исследований,
посвященных характеристикам кавитаторов кони-
ческой формы под углом атаки к набегающему по-
току и деформации каверн за ними [4, 5].
Небольшое количество исследований для угло-
вого положения плоских эллиптических кавитато-
ров были выполнены для условий отклонения ка-
витатора вдоль большой оси, расположенной го-
ризонтально [1].
Вместе с тем имеется большой научный и пра-
ктический интерес к исследованию деформации
суперкаверн за эллиптическими кавитаторами,
имеющими различный наклон но одинаковую пло-
щадь проекции на вертикальную плоскость.
В этом случае на кавитатор возлагается выпол-
нение сразу двух функций:
1. Создание боковой силы для балансировки су-
перкавитирующего тела в суперкаверне и управ-
c© Ю.Н. Савченко, Ю.Д. Власенко, Г.Ю. Савченко, 2014 39
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 4. С. 39 – 45
Рис. 1. Эволюция формы сечения каверны за
ромбическим кавитатором с соотношением осей 1:6:
а) – характерная форма сечения каверны для двух
отстояний;
б) – соотношение вертикальной и горизонтальной осей в
сечении каверны по длине
ления его движением.
2. Организация суперкаверн с минимальными
отклонениями для размещения в ней тела враще-
ния с минимальными зазорами между границей
суперкаверны и корпусом тела вращения.
В настоящей работе ставилась задача:
1. Исследовать возмущения формы сечения ка-
верны в зависимости от изменения угла атаки ка-
витатора.
2. Оценить отклонения средней оси суперкавер-
ны при изменении угла атаки кавитатора и созда-
нии боковой силы.
3. Оценить величину изменения необходимого
поддува искусственной суперкаверны при созда-
нии боковой силы за счет отклонения кавитатора
на угол атаки.
1. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ
ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Экспериментальные исследования проводились
в гидродинамической лаборатории ИГМ НАН
Украины на импульсной гидронапорной трубе
(ИГТ). Основные принципы работы установок та-
кого типа изложены в работе [6]. Конструктивная
схема данной ИГТ показана на рис. 2. Импульсная
гидронапорная труба включает следующие части:
1 – напорный бак;
Рис. 2. Схема импульсной гидронапорной ИГДТ
2 – подводящий канал;
3 – направляющие лопатки;
4 – конфузор;
5 – пусковая заслонка;
6 – электропривод пусковой заслонки;
7 – рабочий участок;
8 – сливной канал;
9 – подземный резервуар;
10 – насос заполнения ИГТ.
Работа гидротрубы обеспечивается за счет сли-
ва воды из напорного бака 1 от максимального
уровня Hmax = 4.50 м до минимального Hmin =
3.10 м, процесс регулируется с помощью пусковой
заслонки 5 с электроприводом 6. Проведение си-
стематических исследований включает, как прави-
ло, многократные повторения рабочего цикла.
Скорость потока в рабочем участке 7 определя-
ется величиной напора H по формуле
V = ϕ
√
2gH,
где Hmax > H > Hmin; ϕ = 0.954 – коэффициент
скорости.
В указанном диапазоне изменения напора ско-
рость потока изменяется в пределах Vmax = 8.96
м/с, Vmin = 7.44 м/с.
Схема модели, установленной в рабочем участ-
ке со вспомогательной аппаратурой, показана на
рис. 3. Цифрами на схеме обозначены:
1 – конфузор;
2 – рабочий участок;
3 – пусковая заслонка;
4 – электропривод пусковой заслонки;
5 – корпус модели:
6 – кавитатор;
7 – боковая державка;
8 – обтекаемая стойка из оргстекла;
9 – ресивер сжатого воздуха;
40 Ю.Н. Савченко, Ю.Д. Власенко, Г.Ю. Савченко
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 4. С. 39 – 45
Рис. 3. Схема модели и вспомогательной аппаратуры в рабочем участке ИГДТ
10 – редуктор;
11 – ротаметрический расходомер;
12 – цифровая камера;
13 – блок управления;
14 – дисплей таймера;
15 – дисплей датчика напора.
Размер поперечного сечения потока в рабочем
участке составлял 340×340 мм, установленный по
оси потока корпус модели 5 снабжался сменными
кавитаторами 6 с различными углами наклона к
оси потока и постоянным номинальным диаме-
тром Dn = 21.5 мм. Воздух для поддува кавер-
ны подавался по каналам в обтекаемых державке
7 и стойке 8. Пересекающая поверхность каверны
боковая державка, выполненная в виде симметри-
чного крыльевого профиля толщиной 6 мм, прак-
тически не создавала возмущений. Расход подду-
ваемого в каверну воздуха измерялся ротаметри-
ческим расходомером 11 типа РС–5.
Для получения сопоставимых результатов реги-
страция исследуемых режимов обтекания прово-
дилась при постоянной величине напора, и, сле-
довательно, скорости потока. С учетом особенно-
стей процесса формирования начальной каверны
были проведены специальные тестовые экспери-
менты, по результатам которых определено рабо-
чее значение напора H0 = 3.84 м и, соответствен-
но, скорость V0 = 8.28 м/с, при которых фор-
мируется достаточно устойчивый квазистационар-
ный режим кавитационного обтекания. Постоян-
ство длины каверны при указанной скорости до-
стигалось путем проведения предварительных на-
строечных экспериментов за счет регулировки ве-
личины поддува.
Для регистрации исследуемых процессов приме-
нялась цифровая камера типа Sony Cyber-Shot мо-
дель DSC-HX50. Для настpоечных экспериментов
использовалась видеосъемка в формате Full HD
с частотой 50fps. Фотографии для последующей
обрабоки выполнялись с выдержкой 1/1600 с. Для
определения по фотографиям натурных размеров
использовалась масштабная сетка и масштабные
метки на стеклянных стенках рабочего участка.
Импульсный режим работы гидродинамической
трубы требует автоматизации экспериментально-
го процесса и синхронизации средст измерения и
регистрации с рабочим циклом установки. Эта за-
дача решалась с помощью блока управления 13,
соединенного с электроприводом 4 и датчиками
положения (концевыми выключателями) пусковой
заслонки 3, цифровой камерой 12, таймером и да-
тчиком напора, установленным в проточном тра-
кте ИГМ. В этом случае проведение эксперимента
включает следующие операции:
– при закрытой пусковой заслонке 3 и наполнен-
ном напорном баке ИГМ непосредственно перед
пуском устанавливается требуемая величина под-
дува, контролируемая ротаметром 11;
– включается блок управлений 13, по сигналу ко-
торого электропривод 4 поднимает пусковую за-
Ю.Н. Савченко, Ю.Д. Власенко, Г.Ю. Савченко 41
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 4. С. 39 – 45
Рис. 4. Геометрические параметры кавитаторов:
Тип-1(а) и Тип-2 (б)
слонку 3, одновременно показания датчика напора
выводятся на цифровое табло 15;
– в момент полного открытия заслонки 3 автома-
тически включается таймер, показания которого
выводятся на цифровое табло 14;
– в момент понижения напора до указанного выше
рабочего значения H = 3.84 м автоматически
включается камера 12.
При регистрации картины обтекания в поле ка-
дра располагались также ротаметр 11 и цифровое
табло таймера 14 и датчика напора 15, таким обра-
зом, фотография включала всю полную информа-
цию о параметрах исследуемого процесса.
В экспериментах использовались кавитаторы
двух типов (называемые далее "Тип-1"и "Тип-2")
с одинаковым указанным выше номинальным диа-
метром Dn = 21.5 мм и с конструктивными разли-
чиями, проявляющимися при изменении ориента-
ции кавитатора (см. рис. 4):
– Тип - 1 (рис. 4,а) представляет собой диск диа-
метром Dn = 21.5 мм с обтекаемой поверхностью
постоянной площади в форме круга, проекция ко-
торого на поперечное сечение потока при наклоне
диска принимает эллиптическую форму с умень-
шающейся площадью;
– Тип - 2 (рис. 4, б), обтекаемая поверхность кото-
рого представляет эллипс, площадь которого при
наклоне увеличивается, а проекция на поперечное
сечение потока сохраняет постоянную форму и
размер Dn = 21.5 мм.
При ориентации по нормали к оси потока (α =
0o) описываемые кавитаторы идентичны.
Очевидно, что при наклоне в вертикальной пло-
Рис. 5. Фотографии каверн за кавитаторами разной
ориентации (а) и схема измерения геометрических
параметров каверны (б)
скости (α 6= 0o) различия геометрических пара-
метров двух типов кавитаторов обусловят разли-
чия в величинах продольной и поперечной компо-
нент действующих на них гидродинамических сил
и, как следствие, различия геометрических пара-
метров формирующихся за ними каверн. Для изу-
чения этого вопроса были изготовлены наборы ка-
витаторов каждого типа с идентичными углами
наклона относительно продольной оси.
С целью получения достаточно выраженого
эффекта систематические эксперименты были
выполнены для сравнительно больших углов на-
клона кавитатора α = 20o и α = 30o, при этом ка-
ждый кавитатор испытывался в двух противопо-
ложных позициях, что давало диапазон α = ±20o
и α = ±30o.
Фотографии каверн для указанного диапазо-
на углов α = (−30o), (0o), (+30o) приведены на
рис. 5,а. На рис. 5,б показана схема измерения по
фотографиям геометрических параметров каверн,
где Dn – диаметр кавитатора; Lк и Dк соответ-
ственно длина и диаметр каверны; hк – превыше-
ние точки замыкания над центром кавитатора.
С учетом флуктуации вентилируемых каверн,
обусловленных процессами уноса газа, в каждом
эксперименте проводилось 3–4 однотипных пуска
гидротрубы с соответствующей регистрацией и не-
зависимыми обмерами каверн. На приведенных
42 Ю.Н. Савченко, Ю.Д. Власенко, Г.Ю. Савченко
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 4. С. 39 – 45
Рис. 6. Графики влияния ориентации кавитатора на
геометрические параметры каверны
ниже графиках результаты измерений отнесены к
диаметру кавитатора, т.е. Dк =
Dк
Dn
; hк = =
hк
Dn
,
а интенсивность поддува представлена в виде без-
размерного коэффициента поддува
CQ =
4Qg
V0πD2
n
,
где Qg – расход поддуваемого в каверну воздуха;
V0 = 8.28 м/с – скорость потока, при которой про-
водилась регистрация; Dn = 21.5 мм – диаметр
кавитатора.
2. РЕЗУЛЬТАТЫ ЭКСПЕРИМЕНТОВ
Влияние ориентации кавитатора на геометри-
ческие параметры каверны характеризуется пред-
ставленными на рис. 6 экспериментальными гра-
фиками Dк(α) и hк(α).
Прежде всего следует отметить достаточно че-
тко выраженное уменьшение диаметра каверны
как при положительных, так и отрицательных
углах наклона кавитатора (рис. 6,а). Некоторая
асимметричность графика может быть связана
с влиянием на суммарный результат процесса
всплывания каверн.
Косвенным подтверждением этому может слу-
жить график hк(α) на рис. 7 и 6,б, из которого
следует, что возникновение на наклонном кавита-
торе подъемной силы (α > 0o) приводит к относи-
тельному опусканию хвостовой части каверны и,
наоборот, образование топящей силы на наклон-
Рис. 7. График влияния ориентации кавитатора на
интенсивность уноса газа из каверны
ном кавитаторе (α < 0o) сопровождается отно-
сительным подъемом хвостовой части каверны.
Такой результат согласуется с отмеченной ранее
общей качественной закономерностью: изменение
геометрии кавитатора сопровождается противопо-
ложным по знаку изменением геометрии каверны.
С такой интепретацией согласуются и представ-
ленные на рис. 7 данные о влиянии ориентации ка-
витатора на интенсивность уноса газа из каверны.
Сопоставление графиков CQ(α) и hк(α) на рис. 6,а
показывает, что при однонаправленных процессах
всплывания и деформации хвостовой части кавер-
ны (α < 0o) интенсивность уноса газа снижается, а
при их противоположной направленности (α > 0o)
соответственно увеличивается.
Следует также отметить отсутствие выражен-
ных различий во всех экспериментальных резуль-
татах, полученных при испытаниях двух типов ка-
витаторов, несмотря на значительные абсолютные
величины углов наклона.
2.1. Анализ экспериментальных данных
В экспериментах рассматривалось семейство ка-
витаторов, образованных сечением цилиндра по-
стоянного диаметра D = 21.5 мм плоскостями под
углами α = 0o;±5o;±10o;±15o;±20o;±30o.
При этом в сечениях образовывались эллипсы с
осями D1 = 21.5 мм, D2 = D1/ cosα.
Для кавитаторов круговой формы D1 = D2 =
= 21.5 мм коэффициент сопроотивления Cx и по-
дъемной силы Cy записываются в виде [2]
Cx = Cx0(1 + σ) cos2 α,
(1)
Cy = Cx0(1 + σ) cosα sin α,
где Cx0 = 0.82.
Ю.Н. Савченко, Ю.Д. Власенко, Г.Ю. Савченко 43
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 4. С. 39 – 45
В нашем случае все семейство кавитаторов бу-
дет иметь одинаковую круговую проекцию при
любых удлинениях λn = D2/D1. Поэтому площадь
сечения набегающего потока будет одинаковой при
любых α, а формулы для семейства кавитаторов
эллиптической формы примут вид
Cx = Cx0(1 + σ) cos α,
(2)
Cy = Cx0(1 + σ) sin α,
где Cx0 = 0.82 ÷ 0.88 при изменении удлинения
λ = 1 ÷∞.
В нашем случае 0 < α < 30o удлинение изменяе-
тся в пределах 1 < λn < 1.15 и можно считать, что
Cx0 ≈ 0.82 как для диска λ = 1. (Cx0(∞) = 0.88)
[1].
В этом особом случае гидродинамическое сопро-
тивление Wx будет постоянным и не будет зави-
сить от угла α, а подъемная сила Wy будет пре-
вышать подъемную силу диска:
Wx = Cx0(1 + σ) cos α
ρV 2
2
π
4
Dn
cos α
Dn =
= Cx0(1 + σ)
ρV 2
2
π
D2
n
4
,
(3)
Wy = Cx0(1 + σ) sin α
ρV 2
2
πDn
4
Dn
cos α
=
= Cx0(1 + σ)
ρV 2
2
π
πD2
n
4
tg α.
Интересно сравнить экспериментальную вели-
чину всплывания хвоста суперкаверны с теорети-
ческой величиной, расчитанной по формуле Л.А.
Эпштейна [7]:
hк =
hк
Dn
= 0.34
(
L
Fr
)2
− 0.016
(
L
Fr
)4
, (4)
где Fr=
V√
gDn
= 18.4; L = 52.45.
Эксперимент (рис. 6) и расчет по формуле (4)
дают близкие величины: в эксперименте hк = 1.5,
расчет дает hк = 1.73. Различие составляет 15%.
Деформацию миделевого сечения каверны мож-
но сравнить с теоретическими данными Г.В. Ло-
гвиновича [8].
Согласно теоретическим данным сечение кавер-
ны за наклонным диском Sк(α) уменьшается по
сравнению с сечением за диском с нулевым углом
наклона Sк(0). При этом вводится некоторый сред-
ний диаметр 2Rк(α), связанный с вертикальным и
горизонтальным размерами миделя каверны Rк1
Rк2 соотношением
R2
к(δ) = Rк1 · Rк2,
где
Rк1
Rк2
≈ cos α.
Из этих соотношений следуют приближенные
формулы для размеров миделя каверны:
Rк1 = Rк
√
α; Rк2 =
Rк√
cosα
. (5)
В таблице 1 приводятся отношения площадей и
средних радиусов для миделевого сечения кавер-
ны в зависимости от угла наклона диска α.
Таблица 1
Отношения α
0 5o 10o 15o 20o 30o
Sк(α)
Sк(0)
1 0,99 0,96 0,92 0,86 0,71
Rк(α)
Rк(0) 1 1,00 0,99 0,96 0,93 0,84
Rк1(α)
Rк(0)
1 0,99 0,98 0,94 0,89 0,78
Если учесть результаты эксперимента (рис. 6),
где Dк(0) = 2Rк1 = 4.5, то можно построить Та-
блицу 2 сравнительных данных эксперимента и ра-
счета по формулам (5).
Таблица 2
Сравнительные данные α
0 10o 20o 30o
Эксп.
Dк1
Dn
4,5 4,45 4,3 4,0
Теор.
Dк1
Dn
4,5 4,4 4,1 3,52
ВЫВОДЫ
Испытания кавитаторов Тип-1 и Тип-2 (рис. 4) по-
казали близкие значения отклонения вертикаль-
ного размера в миделе суперкаверны Dк в диапа-
зоне углов атаки α = ±30o для этих двух типов
кавитаторов (рис. 5).
Также были близкими отклонение хвоста супер-
каверны hк(α) под действием изменения угла ата-
ки на фоне гравитационного всплывания hк = 1.3
(рис. 6).
Полученные результаты эксперимента показали
преимущества использования кавитаторов Тип-2
44 Ю.Н. Савченко, Ю.Д. Власенко, Г.Ю. Савченко
ISSN 1561 -9087 Прикладна гiдромеханiка. 2014. Том 16, N 4. С. 39 – 45
по сравнению с круговыми кавитаторами Тип-1 в
отношении создания подъемной силы (1), (2) при
одинаковых отклонениях размеров каверны.
Экспериментально обнаружено снижение уноса
газа из каверны в 1.7 раза при изменении угла ата-
ки от +30o до −30o (рис. 7) и поддержании посто-
янными длины каверны L = 52.45 и Fr = 18.4. Сле-
дует ожидать, что снижение уноса происходит за
счет установления преимущественной формы уно-
са газа по вихревым шнурам [7].
1. Егоров И.Т., Садовников Ю.М., Исаев И.И., Басин
М.А. Искуственная кавитация.– Л: Судостроение,
1971.– 284 с.
2. Vlasenko Yu.D. Control of Cavity Parameters at
Supercavitating Flow // High Speed Body Motion in
Water (AGARD Report 827). Proc. Fluid Dynamics
Panel Workshop.– Kiev.– 1997.– P. 33-1–33-10.
3. Буйвол В.Н. Тонкие каверны в течениях с
возмущениями.– К: Наукова думка, 1980.– 296 с.
4. Буйвол В.Н., Власенко Ю.Д., Журавлев Ю.Ф.,
Шевчук Ю.Р. Тонкие каверны за элиптическими
кавитаторами // ПМ.– Том XIV, № 10.– 1978.–
С. 110 - 118.
5. Stinebring D.R., Holl J.W., Billet U.L. Water Tunnel
Investigation of Ventilated Cavities on Conical Head
Bodies // Int. Symp. on Jets and Cavities. ASME
Winter Annual Meeteng, Miami Beach, FL.– Part 2.–
17 - 21 November 1985.– P. 203 - 214.
6. Власенко Ю.Д., Савченко Г.Ю. Козенко О.М.,
Козенко Р.М. Принципы расчета импульсной
гидродинамической трубы // Прикладная
гидромеханика.– 2012.– Т.14 (№4).– С. 26 -
36.
7. Эпштейн Л.А Методы теории размерностей и по-
добия в задачах гидромеханики судов.– Л: Судо-
строение, 1979.– 208 с.
8. Логвинович Г.В. Гидродинамика течений со сво-
бодными границами.– Киев: Наукова думка, 1969.–
216 с.
9. Кнепп Р., Дейли Дж., Хеммит Ф. Кавитация.– М:
Мир, 1974.– 688 с.
Ю.Н. Савченко, Ю.Д. Власенко, Г.Ю. Савченко 45
|