2.13.2. Обтікання тупих кутів, криволінійної поверхні та профілю крила
Обтікання зовнішнього тупого кута. Уздовж стінки АО (рис. 2.47, а) надзвуковий потік рухається з постійною швидкістю V1 > а. Вершина тупого кута, точка О, є джерелом збурень і створює в цьому потоці лінію збурень ОС. На лінії збурень ОС потік починає плавно змінювати швидкість і, відхиляючись у бік стінки ОВ, продовжує рухатися уздовж стінки ОВ.
Рис. 2.47. Надзвукове обтікання.
Уздовж стінки ОВ потік рухається з деякою, теж постійною, швидкістю V2. Згідно законів нерозрівності та Бернуллі V2 > V1, оскільки площа поперечного перетину надзвукового потоку збільшилася, тиск зменшився, а швидкість збільшилася. Вершина тупого кута, точка О, служить джерелом збурень також і в потоці зі швидкістю V2, створюючи в ньому лінію збурень OD, на якій завершується зміна швидкості потоку.
Кути нахилу ліній збурень α1=arcsin (1/M1); α2=arcsin (1/M2). Оскільки V2 > V1, тому М2 > М1, отже α1 > α2. При обтіканні надзвуковим потоком зовнішнього тупого кута виникають дві лінії збурень, між якими потік розширюється і безперервно (плавно) змінює напрям і збільшує швидкість, тобто зменшує температуру, тиск і густину.
Обтікання внутрішнього тупого кута. Стінка ОВ (рис. 2.47, б) є перешкодою для руху надзвукового потоку, тому відбувається його гальмування, при якому плавне зменшення швидкості неможливе. У вершині внутрішнього тупого кута виникає стрибок ущільнень, на поверхні якого відбувається різка зміна напряму потоку і його швидкості.
Це можна довести таким чином. Вершина внутрішнього тупого кута, точка О, будучи джерелом збурень, повинна створювати лінію збурень ОС у потоці зі швидкістю V1 і лінію збурень OD у потоці зі швидкістю V2. Кути нахилу ліній збурень будуть описуватися тими ж формулами, що і при обтіканні зовнішнього тупого кута, тільки в цьому випадку M1 > M2. Отже, α2 > α1.
Виконавши побудову, побачимо, що лінія збурень ОС потрапила в потік зі швидкістю V2, а лінія збурень OD — у потік зі швидкістю V1, що фізично неможливе. Отже, безперервна (плавна) зміна швидкості надзвукового потоку при обтіканні внутрішнього тупого кута виключена. Швидкість потоку змінюється різко (стрибкоподібно) на деякій поверхні, розташованої між лініями збурень. Цю поверхню прийнято називати стрибком ущільнення, оскільки стрибкоподібне зменшення швидкості супроводжується стрибкоподібним збільшенням температури, тиску і густини.
Обтікання увігнутої криволінійної поверхні. При обтіканні надзвуковим потоком увігнутої криволінійної поверхні окремі її точки створюють дуже слабкі збурення 1, лінії яких перетинаються на деякій відстані від поверхні (рис. 2.47, в). У точках перетинання виникає досить сильне збурення потоку у формі криволінійного стрибка ущільнення 2. Проходячи через криволінійний стрибок ущільнення, потік різко (стрибкоподібно) змінює свої параметри: зменшує швидкість, збільшує температуру, тиск і густину.
Обтікання профілю крила. Обтікання надзвукового профілю крила надзвуковим потоком складається з обтікання зовнішніх і внутрішніх тупих кутів (рис. 2.47, г).
Перед профілем крила повітряний потік переміщається зі швидкістю V0. Струйка повітря, що обтікає профіль крила зверху, у передньої кромки повертається на зовнішній тупий кут, збільшує швидкість і зменьшує тиск. У задньої кромки струйка повертається на внутрішній тупий кут, зменшує швидкість і збільшує тиск.
Струйка, що обтікає профіль знизу, у передньої кромки зменшує швидкість (збільшує тиск) через поворот на внутрішній тупий кут, а у задньої кромки збільшує свою швидкість (зменьшує тиск), оскільки повертає на зовнішній тупий кут.
Таким чином, при обтіканні надзвукового профілю крила надзвуковим повітряним потоком над профілем крила швидкість потоку збільшується V1 > V0 (згідно закону Бернуллі тиск зменшується (-), а під профілем крила швидкість потоку зменьшується V2 < V0 (згідно закону Бернуллі тиск збільшується (+). В результаті виникає різниця тисків і профіль створює піднімальну силу.