Bogdanov A.  

Динамические воздействия при трансзвуковом режиме движения. Возможности управления течением.

Развитие нестационарных процессов у поверхности летательного аппарата, как правило, является негативным явлением и может представлять серьезную опасность для аппарата. Одним из самых опасных процессов такого рода является бафтинг (колебания летательного аппарата или его частей в полете), причиной возникновения которого принято считать пульсационные воздействия вследствие взаимодействия аэродинамического следа, срывающегося с плохообтекаемых поверхностей и частей летательного аппарата и попадающего на другие его элементы. Наиболее часто бафтинг возникает на трансзвуковых скоростях полёта.
По мнению автора доклада развитие таких пульсации может иметь и другой механизм происхождения, приводящий к возникновению у поверхностей летательных аппаратов нестационарных процессов другого рода –нелинейных околорезонансных колебаний, отличительной чертой которых является возникновение периодических скачкообразных изменений параметров течения [ 1 ]. Такие колебания возникают из-за связи внешних возмущений, приходящих в исследуемую область течения или вызываемых в ней иным способом, и возможных собственных колебаний среды в рассматриваемой области (определяющая процесс связь может быть неожиданно нетривиальной [ 2 ]). Необходимым условием развития колебаний такого рода при течении газа является возможность распространения возмущений вверх и вниз по потоку, каналом-проводником здесь может выступать пограничный слой у поверхности летательного аппарата, проводящий возмущения вверх по потоку при околозвуковых и даже сверхзвуковых скоростях полета. Возможно, указанные процессы протекают одновременно и в тесной связи друг с другом.
Одним из способов предотвращения развития нестационарных газодинамических процессов у поверхности летательного аппарата служит придание свойств, гасящих возмущения, самой обтекаемой поверхности. Исследование поведения возмущений на плохообтекаемых участках поверхностей летательных аппаратов, при больших углах атаки и т.д. на модели неклассического (с самоиндуцированным давлением) вязкого пограничного слоя при трансзвуковом режиме показало [ 3 ], что упругость обтекаемой поверхности существенно влияет на рост и затухание возмущений. В свою очередь имеются экспериментальные результаты, показавшие снижение сопротивления тел, поверхность которых содержит упругие элементы [ 4 ]. Одно из возможных объяснений этого эффекта связано с подавлением возмущений и стабилизацией пограничного слоя на поверхности такого тела [ 5,6 ]. Исследования автора показали, что при достаточной податливости обтекаемой поверхности существующие над ней возмущения относятся к бегущим волнам, распространяющимся без изменения амплитуды, не подавляясь, но и не возрастая со временем.
Изучение нестационарного свободного вязко-невязкого взаимодействия на трансзвуковых скоростях привело [ 7 ] к уяснению необходимости регуляризации соответствующей классической модели [ 8 ]. Результат исследования развития возмущений пограничного слоя в предельном к случаю упругой поверхности варианте жесткой обтекаемой пластины на регуляризованной модели состоит в том [ 9 ], что классическая картина дисперсионных кривых для всех (дозвуковых, сверхзвуковых и трансзвуковых) режимов представляющая собой счетный набор ветвей, отвечающих, за единственным исключением, длинным волнам; и только единственная ветвь (первая мода) проходит весь диапазон значений волнового числа и частоты возмущения, оказалась дополненной еще одной ветвью – подобно первой моде также уходящей с ростом волнового числа в область бесконечных значений частоты. Наличие другой ветви дисперсионной кривой, охватывающей весь диапазон значений частоты возмущения, показывает, что считавшееся ранее [ 8 ] однозначным (везде, кроме некоторого небольшого диапазона длинных волн) соответствие частоты и волнового числа таковым не является. Для приложений, это означает, в частности, что задача управления пограничным слоем при помощи вибратора [ 10 ] становится качественно более сложной.
Отметим цикл исследований [ 11 ], показавший, что при трансзвуковом обтекании упругой поверхности возможно развитие панельного флаттера.
Литература.
1. Егорушкин С.А. Околорезонансные колебания газа, движущегося в канале переменного сечения// Изв. АН СССР. МЖГ. 1984. № 4, с. 107-115.
2. Ганиев Р.Ф. Нелинейные резонансы и катастрофы. Надежность, безопасность и бесшумность. –М.: НИЦ «Регулярная и хаотическая динамика», 2013
3. Савенков И.В. О влиянии упругости обтекаемой поверхности на устойчивость пограничного слоя при трансзвуковых скоростях внешнего потока// ЖВМиМФ. 2001. Т.41. №1. С. 135-140.
4. Kramer M.O. Boundary-layer stabilization by distributed damping// J. Amer. Soc. Naval Engrs. 1960. V. 72. P. 25-33.
5. Carpenter P.W., Garrad A.D. The hydrodynamic stability of flow over Kramer-type compliant surfaces. Pt 1. Tollmien-Schlichting instabilities// J. Fluid Mech. 1985. V.155. P.465-510.
6. Carpenter P.W., Garrad A.D. The hydrodynamic stability of flow over Kramer-type compliant surfaces. Pt 2. Flow-induced surface instabilities// J. Fluid Mech. 1986. V. 170. P. 199-232.
7. Богданов А.Н., Диесперов В.Н. Моделирование нестационарного трансзвукового течения и устойчивость трансзвукового пограничного слоя// ПММ. 2005. Т. 69. Вып. 3. С. 394-403.
8. Рыжов О.С., Савенков И.В. Об устойчивости пограничного слоя при трансзвуковых скоростях внешнего потока// ПМТФ. 1990. № 2.С. 65-71.
9. Богданов А.Н., Диесперов В.Н., Жук В.И. Асимптотики дисперсионных кривых в задачах нестационарного свободного вязко-невязкого взаимодействия на трансзвуковых скоростях// Докл. РАН. 2017. В печати.
10. Терентьев Е.Д. Нестационарные задачи пограничного слоя со свободным взаимодействием. Дисс. на соискание уч. степ. докт. физ.-мат. наук. М.: ВЦ РАН, 1986. 202 с.
11. Веденеев В.В., Гувернюк С.В., Зубков А.Ф., Колотников М.Е. Экспериментальное исследование одномодового панельного флаттера в сверхзвуковом потоке газа//Изв. РАН. МЖГ. 2010. № 2. С. 161-175.


To reports list