Yermolaev Y.G. Yatskikh A. Kosinov A.D. Semionov N.
Распространение волнового пакета в пограничном слое скользящего крыла при числе Маха 2
Reporter: Yermolaev Y.G.
Исследования ламинарно-турбулентного перехода в пространственных пограничных слоях вызывают повышенный интерес уже на протяжении более 30 лет, поскольку такие слои реализуются на несущих поверхностях летательных аппаратов. Большинство теоретических и экспериментальных работ по устойчивости трехмерного пограничного слоя выполнены для случая дозвуковых скоростей потока. При повышенной турбулентности набегающего потока в процессе перехода доминируют бегущие возмущения поперечного течения. В условиях низкого уровня турбулентности внешнего течения поперечное течение наиболее неустойчиво к стационарным возмущениям, что приводит к образованию продольных вихревых структур в пространственном пограничном слое. Их рост вниз по потоку приводит к деформации среднего течения, профили скорости U(y) и U(z) становятся перегибными, что создает условия для вторичной неустойчивости [1]. При сверхзвуковых скоростях набегающего потока роль поперечного течения в процессе перехода слабо изучена.
Недавние успехи в изучении поздних стадий перехода при малых дозвуковых скоростях связаны с методикой импульсного возбуждения в пограничном слое возмущений, локализованных по пространству и времени (волновые пакеты). Эксперименты показывают, что импульсное воздействие на пограничный слой с помощью метода «вдув-отсос» через щель или вибрирующей поверхности приводит к образованию когерентных структур в сдвиговом течении [1]. Вопросами разрушения «лямбда-структур» в турбулентные пятна занимались, например, в [2], а развитие продольных вихревых структур исследовалось в [3]. Аналогичных экспериментов с импульсным возбуждением волновых образований в сверхзвуковом пограничном слое скользящего крыла до сих пор не проводилось.
Целью работы было возбуждение волнового пакета в сверхзвуковом пограничном слое скользящего крыла и изучение его эволюции вниз по потоку при числе Маха 2,0.
Эксперименты выполнены в малошумной сверхзвуковой аэродинамической трубе Т-325 ИТПМ СО РАН при числе Маха М=2 и единичном числе Рейнольдса Re1= 6*106 м-1. В экспериментах использовалась модель крыла с чечевицеобразным профилем, которая устанавливалась под нулевым углом атаки. Угол скольжения передней кромки модели составлял 40 градусов. Измерения средних и пульсационных характеристик течения проводились с помощью термоанемометра постоянного сопротивления (ТПС). В экспериментах использовались датчики, изготовленные из вольфрамовой нити диаметром 10 мкм. Постоянная составляющая напряжения с выхода ТПС измерялась с помощью цифрового вольтметра Agilent 34401A. Пульсационный сигнал оцифровывался 12 разрядным АЦП с частотой дискретизации 1,25 МГц.
Искусственный волновой пакет генерировался импульсным тлеющим разрядом на поверхности скользящего крыла. Конструкция разрядника и схема зажигания аналогичны [4]. Разряд зажигался между двумя медными электродами, отделенные друг от друга и от модели изолятором. Размер диэлектрического промежутка составлял около 0,6 мм. Электроды располагались параллельно набегающему потоку и монтировались заподлицо рабочей поверхности крыла. Для выделения контролируемых возмущений использовалось синхронное осреднение сигнала по 320 реализациям.
В работе получены данные об эволюции волнового пакета в сверхзвуковом пограничном слое скользящего крыла. Приводится сравнение с ранее полученными результатами на плоской пластине.
ЛИТЕРАТУРА
1. Физические механизмы перехода к турбулентности в открытых течениях / А. В. Бойко, Г. Р. Грек, А. В. Довгаль, В. В. Козлов — М.; Ижевск: РХД, 2006. 304 с.
2. Экспериментальное исследование механизма вторичного высокочастотного разрушения Λ структуры / Г. Р. Грек, М. М. Катасонов, В. В. Козлов, В. Г. Чернорай: Теплофизика и аэромеханика. 1999. Т. 6, вып. 4. С. 445-461.
3. Instability of streaky structure in a Blasius boundary layer / M. M. Katasonov, S. H. Park, H. J. Sung, V. V. Kozlov: Experiments in Fluids. 2005. Vol. 38, No. 3. P. 363-371.
4. Эволюция волновых пакетов в сверхзвуковом пограничном слое плоской пластины / А. А. Яцких, Ю. Г. Ермолаев, А. Д. Косинов, Н. В. Семенов: Теплофизика и аэромеханика. 2015. Т. 22, вып. 1. С. 17-28.
To reports list