Theoretische und experimentelle Untersuchungen über die Druckverteilung im Nahefeld eines mit Überschallgeschwindigkeit in Längsrichtung angeströmten Rotationskörpers mit Störelementen PDF
Preview Theoretische und experimentelle Untersuchungen über die Druckverteilung im Nahefeld eines mit Überschallgeschwindigkeit in Längsrichtung angeströmten Rotationskörpers mit Störelementen
FORSCHUNGSBERICHT DES LANDES NORDRHEIN-WESTFALEN Nr. 2613 /Fachgruppe Maschinenbau/Verfahrenstechnik Herausgegeben im Auftrage des Ministerpräsidenten Heinz Kühn vom Minister für Wissenschaft und Forschung Johannes Rau Dipl.-Ing. Hans-Gerd Neuhäuser Dipl. -Ing. R üdiger Schmidt Institut für Luft- und Raumfahrt der Rhein.-Westf. Techn. Hochschule Aachen Leiter: Prof. Dr. -Ing. August Wilhelm Quick Theoretische und experimentelle Untersuchungen über die Druckverteilung im Nahefeld eines mit Überschallgeschwindigkeit in Längsrichtung angeströmten Rotationskörpers mit Störelementen SPRINGER FACHMEDIEN WIESBADEN GMBH 1977 CIP-Kurztitelaufnahme der Deutschen Bibliothek Neuhäuser, Hans-Gerd Theoretische und experimentelle Untersuchungen über die Druckverteilung im Nahefeld eines mit Überschallgeschwindigkeit in Längsrichtung an geströmten Rotationskörpers mit Störelementen / Hans-Gerd Neuhäuser; Rüdiger Schmidt. - 1, Aufl. - Opladen: Westdeutscher Verlag, 1977. (Forschungsberichte des Landes Nordrhein Westfalen; Nr, 2613 : Fachgruppe Maschinen bau, Verfahrenstechnik) ISBN 978-3-531-02613-8 ISBN 978-3-322-88389-6 (eBook) DOI 10.1007/978-3-322-88389-6 NE: Schmidt, Rüdiger: © 1977 Springer Fachmedien Wiesbaden Ursprünglich erschienen bei Westdeutscher Verlag GmbH, Opladen 1977 Inhalt Einleitung 5 Symbole 6 1. Theoretische Berechnung des Strömungsfeldes um einen Kegel-Kegelstumpf-Rotationskörper mit konvexer Ecke in Überschallströmung durch ein auf dem analytischen Charakteristikenver fahren basierendes FüRTRAN-Rechenprogramm 7 1.1 Problemstellung und Möglichkeiten der Berechnung mit dem Programm KEGEL 7 1.2 Grundlagen der theoretischen Berechnung nach dem analytischen Charakteristiken verfahren 8 1.3 Gleichungen 13 1.4 Beschreibungen des FORTRAN-Rechen programms KEGEL 27 1.4.1 Symbolvereinbarungen für Fluß diagramme 27 1.4.2 Beschreibung des gesamten Programm- ablaufs an Hand des Hauptprogramms 27 1.4.3 Beschreibung der Subroutine LESEN 49 1.4.4 Beschreibung der Subroutine OEFWINK 1.4.5 Beschreibung der Subroutine WINKEL 53 1.4.6 Beschreibung der Subroutine KONST 61 1.4.7 Beschreibung der Subroutine WAEHL 61 1.4.8 Beschreibung der Subroutine KOPFWE 64 1.4.9 Beschreibung der Subroutine KONTUR 64 1.4.1o Beschreibung der Subroutine KONXI 66 1.4.11 Beschreibung der Subroutine KOXIETA 66 1.4.12 Beschreibung der Subroutine AKUST 66 1.4.13 Beschreibung der Subroutine ZUSTAND 67 1.4.14 Beschreibung der Subroutine KOORDIN 67 - 4 - 1.4.15 Beschreibung der Subroutine SONDE 75 1.4.16 Beschreibung der Subroutine DRUCK 76 1.4.17 Berechnungen mit den Functions ELLICK und ELLIFI 77 1.5 Problematik der Auswahl eines Wertes für die einzulesende Größe THET3 80 1.6 Alphabetische Zusammenstellung der im Programm KEGEL benutzten Bezeichnungen und Abkürzungen 84 1.7 Beschreibung des Zeichenprogramms CHARAK 93 1.8 Ergebnisse der theoretischen Berechnung des Strömungsfeldes 94 2. Experimentelle Untersuchung der Strömungs zustände im Nahfeld einer Serie querschnitts flächengleicher Modelle in Überschall strömung 123 2.1 Problemstellung 123 2.2 Versuchsanlage 124 2.3 Modellserie LA 128 2.4 Versuchsdurchführung und Auswertung 137 2.5 Anmerkungen zur Messung mit Fünfloch Kegelsonden 141 2.6 Vergleich der theoretischen und experimen tellen Ergebnisse für den Rotations körper LA 1 144 2.7 Vergleich der in verschiedenen Meßebenen zwischen Flügelebenen und Längsebenen ermittelten experimentellen Ergebnisse für jedes Flügelmodell 154 2.8 Vergleich der experimentellen Ergebnisse der Flügelmodelle untereinander 171 Anlage FORTRAN-Programme 178 - 5 - Einleitung Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Unter suchung des Nahfeldes eines mit Überschall angeströmten Rotationskörpers (bestehend aus einem Kegel und einem mit einer konvexen Ecke daran angrenzenden Kegelstumpf) und einer Serie querschnittsflächengleicher Modelle, die auf diesem Rotationskörper basiert, Im theoretischen Teil der Arbeit wurde ein auf dem analytischen Charakteristikenverfahren aufbauendes FüRTRAN-Rechenprogramm entwickelt, mit dem das Strömungs feld um den Rotationskörper berechnet werden kann. Im experimentellen Teil der Arbeit wurde das Nahfeld um alle Modelle der Modellserie in verschiedenen Meß ebenen und Achsabständen bei M = 2 5 mit Hilfe von 00 1 Fünfloch-Kegelsenden bestimmt, Der Vergleich zwischen den theoretisch und experimentell ermittelten Kurven für den Verlauf der Strömungsgrößen bei der Umströmung des Rotationskörpers erbrachte eine gute Übereinstimmung. Jedes Modell wurde hinsichtlich Abweichungen von der Rotationssymmetrie betrachtet, Außerdem wurde der Einfluß der Spannweite auf die Strömungszustände des Nahfeldes qualitativ untersucht, - 6 - Symbole Druckbeiwert Zustandsgrößen der Strömung 1, Ordnung (Störgrößen) E(k), K(k) vollständige elliptische Integrale E( tp 1k)1 K( tp ,k) unvollständige elliptische Integrale 1'100 Anströmmachzahl x,y dimensionslose Koordinate der Strömungsebene xo' Yo Achskoordinaten für die akustische Lösung x1' y1 Korrektor 1, Ordnung der Ortskoordinaten a örtlicher Strömungswinkel aoo Neigungswinkel der Charakteristiken der ungestörten Anströmung .:}. Konturwinkel des Rotationskörpers ~ Charakteristikenvariable - 7 - 1. Theoretische Berechnung des Strömungsfeldes um einen Kegel - Kegelstumpf - Rotationskörper mit konvexer Ecke in Überschallströmung durch ein auf dem analyti schen Charakteristikenverfahren basierendes FORTRAN Rechenprogramm 1.1 Problemstellung und Möglichkeiten der Berechnung mit dem Prosramm KEGEL Das Programm KEGEL ermöglicht die Berechnung des Über schallströmungsfeldes um Rotationskörper, die aus einem Kegel und einem mit einer konvexen Ecke daran angrenzen den Kegelstumpf bestehen und die ohne Anstell- oder Schiebewinkel in Achsrichtung angeströmt werden. Die Abmessungen des oben beschriebenen Rotationskörpers und der Strömungszustand der Anströmung sind beliebig. Die Berechnung des Strömungsfeldes beruht auf dem ana lytischen Charakteristikenverfahren. In den Schnitt punkten eines beliebig vorzugebenden Charakteristiken netz-es aus Charakteristiken ~ = const und ~ = const wer den die Größen des Strömungsfeldes ermittelt. Es werden in diesen Punkten die Charakteristikenkoordinaten in der akustischen Lösung und in einer ersten Näherungs lösung berechnet. Weiterhin werden die Zustandsgrößen der Strömung e1, u1, cp (Druckbeiwert) und a (Strömungs winkel) ermittelt. Außerdem können diese eben genannten Größen auch für beliebig viele Linien konstanten Ab standes von der Modellachse ermittelt werden. Die Größen dieser Abstände können beliebig vorgegeben werden. Die Berechnung der Charakteristikenkoordinaten kann wahlweise in dimensionslosen x,y-Koordinaten oder in Millimeterangaben erfolgen. Die Strömungswinkel können wahlweise als tan a oder in Grad ermittelt werden. - 8 - 1.2 Grundlasen der theoretischen Berechnung nach dem analytischen Charakteristikenverfahren Ein Ziel der Arbeit ist die experimentelle Ermittlung der Überschallströmung um vier Modelle einer Modell serie, die alle die gleiche Querschnittsverteilung über der Modellänge aufweisen. Diese Modellserie basiert auf dem in Abbildung 1.1 dargestellten Rotationskörper, für den die Strömung auch theoretisch berechnet wurde. 1,0~0 ._------------------------1~5 Abb. 1.1 Rotationskörper Die theoretische Rechnung wurde nach dem analytischen Charakteristikenverfahren durchgeführt. Das Strömungs feld gliedert sich in fünf verschiedene Teilbereiche, die mathematisch unterschiedlich zu behandeln sind. In Abb. 1.2 sind die fünf Teilbereiche und die zugrunde gelegte Charakteristikennumerierung dargestellt. Bereich - x. Abb. 1. 2 Strömungsbereiche und Charakteristiken numerierung - 9 - Wie aus Abb, 1.2 zu entnehmen ist, gliedert sich das Strömungsfeld in die folgenden fünf Teilbereiche: Bereich 1 ( g""o ) ist das Gebiet der ungestörten Ans trömung; Bereich 2 <o~g~1) ist das Gebiet der reinen Kegelströmung; Bereich 3 (1",-g:==-2) ist ein Expansionsfächer; Bereich 4 ( 2 ""'" g =-gJ ist ein Übergangsgebiet, in dem die Überexpansion abgebaut wird; Bereich 5 g ~ gN ) ist das Gebiet der Strömung um den Kegelstumpf, Die akustische Lösung ergibt für alle fünf Teilbereiche parallel zueinander verlaufende Charakteristiken mit dem Neigungswinkel ac:o = arc tan 1 1 ( 1.1) M~-1 I gegenüber der pos, x-Achse, Zur Errechnung einer Lösung im Sinne einer ersten Näherungs lösung geht man wie folgt angegeben vor: Um die in Abb. 1.1 dargestellte Körperkontur zu erzeugen, bringt man auf der x-Achse eine Quellenbelegung auf, die den nachstehenden Belegungsfunktionen gehorcht: g~o G1(xo) = 0 ( 1. 2) 0:::==: g ""'1 G1(xo) = tan2 ". 1 ( 1. 3) 1~ g :::==: 2 G1(xo) = 0 (1. 4) 2~ g "'""'"gN G1(xo) = tan2 .{}1 - A- + 1X 1 0 ·lx B 0 - 1 (1.5) G1(xo) = tan2 .{}3 ( 1. 6) Dabei sind: l A = ( tan .{} 1 - tan .{} 2). 2, tan .{} 1 ~ 11E ' ( 1. 7) n: 11E-1 ( 1. 8) B
The list of books you might like
