Бунтин Д.А.   Маслов А.А.   Настобурский А.С.  

Исследование влияния волнистости стенки модели на ламинарно-турбулентный переход

Докладчик: Бунтин Д.А.

Исследование влияния волнистости стенки модели на ламинарно-турбулентный переход

Д.А.Бунтин,  А.А.Маслов,  А.С.Настобурский

Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук, ул. Институтская, 4/1, Новосибирск, 630090, Россия
Новосибирский государственный университет, ул. Пирогова, 2, Новосибирск, 630090, Россия

Разработка многоразовых и безопасных гиперзвуковых летательных аппаратов требует полного контроля над распределением тепла по всей системе тепловой защиты. Если в каком-то месте на поверхности транспортного средства пограничный слой переходит из ламинарного состояния в турбулентное, то к поверхности резко увеличиваются тепловые потоки. При полете высокоскоростных летательных аппаратов наиболее интенсивному нагреву подвергаются его затупленные носовые части. Возникающие при этом зоны тепловых неоднородностей могут оказать влияние на пограничный слой, его восприимчивость к пульсациям внешнего потока, возбуждение и эволюцию неустойчивых возмущений и, в конечном счете, влиять на положение ламинарно-турбулентного перехода (ЛТП). При локальном воздействии температуры поверхности на переход в поведении возмущений возникают особенности. Так при экспериментальном исследовании локального воздействия нагрева/охлаждения поверхности вдали от носовой части на переход гиперзвукового пограничного слоя на остром конусе было обнаружено, что локальное охлаждение стабилизирует пограничный слой и сдвигает ЛТП вниз по потоку. Локальный нагрев дестабилизирует пограничный слой и сдвигает ЛТП вверх по потоку [1]. Аналогично поведение возмущений наблюдали при изменении температуры носовой части затупленного конуса [2]. В данной работе представлены результаты экспериментального исследования влияния локального нагрева/охлаждения острой и затупленной носовой части конуса на развитие линейных и нелинейных возмущений в гиперзвуковом пограничном слое.
Эксперименты выполнены при числе M = 5,95. Единичное число Рейнольдса варьировалось в диапазоне Re1 = (4,5 ÷ 33)×106 м-1. Экспериментальное исследование проведено в пограничном слое конусов с углом полураствора 7º с различными радиусами затупления носовой части R = 0,1 (острый), 0,75 и 1,5 мм. Для измерения пульсаций давления на модели заподлицо с поверхностью были установлены высокочастотные пьезодатчики давления PCB 132A31. Нагрев носовой части осуществлялся с помощью омического нагревателя, охлаждение - подводом жидкого азота во внутреннюю полость носовой части модели.
Выполнен сравнительный анализ спектров и биспектров пульсаций давления в пограничном слое. Показано, что в пограничном слое острого конуса нагрев/охлаждение приводит к дестабилизации/стабилизации возмущений второй моды. Получен эффект прямо противоположный влиянию равномерной температуры поверхности на развитие возмущений в гиперзвуковом пограничном слое, при котором нагрев стабилизирует, а охлаждение дестабилизирует вторую моду.
Проведены исследования в пограничном слое двух затупленных конусов с радиусами затупления 0,75 и 1,5 мм. Для затупленных конусов наблюдается эффект, противоположный результатам, полученным для острого конуса – нагрев слабо стабилизирует возмущения в гиперзвуковом пограничном слое, охлаждение приводит к дестабилизации возмущений, что совпадает с влиянием равномерного охлаждения и выводами работы [2]. Эффект усиливается при увеличении радиуса затупления носовой части конуса.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (грант №16-08-00782).

1. Fedorov A., Soudakov V., Egorov I., Sidorenko A., Gromyko Y., Bountin D., Polivanov P., Maslov A. High-speed bou–ndary-layer stability on a cone with localized wall heating or cooling.  // AIAA Journal. – 2015. – Vol .53. – Part 9. – P. 2512-2524.
2. Bountin D.A., Gromyko Yu.V., Polivanov P.A., Nastobursky A.S., Sidorenko A.A., Maslov A.A. Effect of temperature factor of cone nose-nip on transition to turbulence. // AIP Conference Proceedings 1770. – 2016. – 4 p.


К списку докладов