7.4 Методы управления пограничным слоем

Как было показано, переход ламинарного режима тече­ния жидкости в пограничном слое в турбулентный, а также отрыв пограничного слоя приводят к значительному увеличению сопротивления. Поэтому для снижения гидродинами­ческого сопротивления движению тел в жидкости необходи­ма разработка таких искусственных мероприятий, которые способствовали бы сохранению ламинарного режима тече­ния в пограничном слое на возможно большей длине его, а также предотвращали бы отрыв слоя.

Можно выделить следующие четыре метода управления пограничным слоем.

7.4.1 Предотвращение отрыва слоя при помощи сосредоточенного отсоса из него жидкости или ввода в слой жидкости.

Как отмечалось ранее, отрыв пограничного слоя происходит в области положительных градиентов давления, когда сни­жение кинетической энергии в слое недостаточно для компенсации роста давления и потерь на внутреннее трение. Поэтому, чтобы предотвратить отрыв слоя и образование возвратного течения, надо удалить из слоя сильно подтормо­женную жидкость или сообщить ей извне дополнительную кинетическую энергию.

Прандтлем было предложено при помощи:

1) сосредоточенного и существенного отбора (отсоса) подторможенной жидкости из слоя (рис 26) удаляется наи­более подторможенный слой жидкости и на его место посту­пает жидкость из менее подторможенной области слоя, и внешней потенциальной области обтекаемого потока, отбор может производиться и не в одном пункте, а в нескольких. В результате можно добиться безотрывного режима обтекания на всей длине тела и получить за кормой его распределение скорости, показанное на рис 26 (сеч. 2-2).

2) сосредоточенного ввода струи жид­кости с необходимой скоростью в слой(рис 27).

Подторможенная часть жидкости в нем отклоняет­ся от стенки и ей сообщается за счет эжекции добавочная кинетическая энергия. При соответствующей скорости струй может быть обеспечена компенсация роста давления и по­терь и, таким образом, предотвращен отрыв слоя.

При предотвращении отрыва слоя резко снижается сопро­тивление давления и, следовательно, значительно умень­шается и полное гидродинамическое сопротивление.

Поэтому оба указанных способа предотвращения отрыва слоя при­меняются в ряде отраслей техники, в том числе в самолето­строении, где используются разрезные профили крыла и устраиваются специальные предкрылки и закрылки.

В этих случаях специальных энергетических средств для подвода воздуха в область отрыва не требуется, так как он обеспечи­вается за счет перетекания воздуха из области повышенных давлений (с нагнетательной стороны крыла).

7.4.2 Затягивание ламинарного участка слоя путем придания носовой части тела оптимальной формы

Значения же гра­диентов давления в слое, как мы уже знаем, в основном определяются формой обтекаемого тела. Поэтому, если при­дать носовой части тела соответствующую заостренную форму, можно значительно увеличить ламинарный участок в пограничном слое и существенно снизить гидродинамиче­ское сопротивление трения его.

В первом приближении требуемые очертания носовой оконечности тела можно определить по данным расчетов устойчивости течения в слое. Затем, с помощью серийных экспериментов такие очертания можно довести до опти­мальных. Таким путем был получен ряд новых форм профилей крыла самолета и руля, которые теперь называются ламинизированными профилями (рис. 28). При этом было достигнуто снижение сопротивления до 30% ,