Обтекание плоской стенки

Пусть сверхзвуковой поток движется с некоторой скоростью w₁ над плоской неподвижной стенкой. В точке С, как показано на рис.22.5, стенка обрывается, причем давление в пространстве за точкой С меньше, чем давление в невозмущенном потоке вдоль стенки.

Здесь также точка С является источником возмущений. Поток, обтекая точку С, поворачивается на некоторый угол . Скорость потока увеличится, а давление снизится до р₂, существующего в пространстве за точкой С. Картина течения при этом аналогична обтеканию тупого угла. Различие состоит лишь в том, что при обтекании тупого угла величина  задана конструктивно, а при обтекании пластины задается конечное давление р₂, которое и определяет величину . Для расчета процесса можно по газодинамическим функциям в зависимости от р₂ можно найти значение ₂, а затем по (22.14) определить угол поворота потока .

Обтекание выпуклой криволинейной стенки

Расчет формирования параметров потока при обтекании криволинейной стенки произвольной формы значительно сложнее. Однако и здесь, как при обтекании тупого угла, через каждую точку криволинейной поверхности можно провести луч, на котором будут сохраняться неизменными параметры потока. Расчет осложняется тем, что таких точек бесчисленное множество, и они распределены по всей криволинейной поверхности. Для расчета течений в таких каналах кривая поверхность заменяется ломаной, имеющей достаточно большое, но ограниченное количество тупых углов. Подобная аппроксимация показана на рис.9.12.

Нахождение линий тока вдоль криволинейной поверхности в аналитическом виде является очень сложной и не всегда решаемой задачей. Как правило, подобные течения рассчитываются численными методами, используя многократные последовательные приближения.

Истечение из плоского сопла с косым срезом

Рассмотрим движение сверхзвукового газа из плоского сопла в пространство с меньшим давлением. Если плоскость среза сопла перпендикулярна направлению потока, как показано на рис.22.7а, то поведение газа вблизи кромок А и В полностью совпадает с обтеканием плоской стенки. Такое сопло является соплом с прямым срезом. Около каждой кромки поток повернется на й угол , обеспечивающий совпадение давлений в потоке и окружающей среде.

Пучки прямолинейных характеристик, исходящих из точек А и В, пересекаются в центре струи, после чего их прямолинейность нарушается.

Сопло с косым срезом имеет плоскость среза сопла, которая не перпендикулярна к направлению потока. В таком сопле нарушается симметрия потока, причем отклонение от симметрии зависит от конструктивных особенностей сопла.

При небольшом смещении кромки В, как показано на рис.22.7б, область пересечения характеристик смещается к кромке А, при этом углы расширения потока  сохраняются. Прямолинейные характеристики, выходящие из точки А, начинают искривляться раньше.

Предельным положением точки В, при котором остаются неизменными начальные углы поворота, является такое ее положение, при котором первая характеристика, проведенная из точки В, касается точки А. Конструкция такого сопла показана на рис.22.7в. В этом положении нарушается симметричное раскрытие струи.

Если переместить точку В еще дальше назад, как показано на рис.22.7г, то характеристики, проведенные из точки В, попадут на противоположную стенку сопла. Это приведет к изменению скорости потока в окрестности точки А. Расчет течения в этой части сопла и результаты экспериментов показывают, что в этом случае поток расширяется более интенсивно и поворачивается в сторону скоса. При этом скорость истечения газа увеличивается по сравнению с режимом истечения из сопла с прямым срезом. Этот эффект используется при конструировании сопел и рабочих лопаток паровых и газовых турбин.