ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ СТРУКТУРЫ ВОЗМУЩЕНИЙ ОТ ДВУХ ИМПУЛЬСНЫХ ИСТОЧНИКОВ В СВЕРХЗВУКОВОМ ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ ПЛАСТИНЫ

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Описано развитие нового экспериментального метода введения в сверхзвуковой пограничный слой контролируемых возмущений с заданной частотно-волновой структурой. Представляются данные экспериментов по формированию возмущений от двух импульсных источников (импульсный тлеющий разряд) в ламинарном пограничном слое пластины при числе Маха, равном 2. Эксперименты выполнены в аэродинамической трубе Т-325 ИТПМ СО РАН. Локализованные источники располагались на одинаковом расстоянии от передней кромки пластины в 6 мм друг от друга по размаху. Пульсации потока измерялись с помощью однониточного датчика термоанемометра постоянного сопротивления, запись сигнала проводилась синхронно с зажиганием разрядов, что позволяло выделять возмущения от разрядов из фона случайных неконтролируемых “естественных” пульсаций пограничного слоя. Анализируются пространственно-временная структура и частотно-волновой состав генерируемых возмущений от одиночного и двух разрядов, работающих синхронно и с задержкой во времени. Получено, что наибольшие отличия в структуре возмущений от одного и двух источников наблюдаются в центральной области, тогда как на боковых границах возмущения пульсации близки во всех рассматриваемых случаях. В спектрах возмущений по поперечным волновым числам от двух разрядов формируются узлы и пучности, положение которых определяется расстоянием между источниками и временной задержкой в их работе.

Об авторах

Л. В. Афанасьев

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН

Email: yatskikh@itam.nsc.ru
Россия, Новосибирск

Ю. Г. Ермолаев

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН

Email: yatskikh@itam.nsc.ru
Россия, Новосибирск

А. Д. Косинов

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН

Email: yatskikh@itam.nsc.ru
Россия, Новосибирск

В. Л. Кочарин

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН

Email: yatskikh@itam.nsc.ru
Россия, Новосибирск

Н. В. Семенов

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН

Email: yatskikh@itam.nsc.ru
Россия, Новосибирск

А. А. Яцких

Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: yatskikh@itam.nsc.ru
Россия, Новосибирск

Список литературы

  1. Косинов А.Д., Маслов А.А. Развитие искусственно вызванных возмущений в сверхзвуковом пограничном слое // Изв. АН СССР. МЖГ. 1984. № 5. С. 37–43.
  2. Kosinov A.D., Maslov A.A., Shevelkov S.G. Experiments on the stability of supersonic laminar boundary layers // J. Fluid Mech. 1990. V. 219. P. 621–633. https://doi.org/10.1017/S0022112090003111
  3. Bountin D., Shiplyuk A., Maslov A. Evolution of nonlinear processes in a hypersonic boundary layer on a sharp cone // J. Fluid Mech. 2008. V. 611. P. 427–442. https://doi.org/10.1017/S0022112008003030
  4. Ермолаев Ю.Г., Колосов Г.Л., Косинов А.Д., Семенов Н.В. Линейная эволюция контролируемых возмущений в сверхзвуковом пограничном слое скользящего крыла // Изв. РАН. МЖГ. 2014. № 2. С. 58–68.
  5. Kosinov A.D., Kolosov G.L., Semionov N.V., Yermolaev Y.G. Linear development of controlled disturbances in the supersonic boundary layer on a swept wing at Mach 2 // Phys. Fluids. 2016. V. 28. Art. No. 064101. 16 p. https://doi.org/10.1063/1.4952999
  6. Casper K.M., Beresh S.J., Schneider S.P. Pressure fluctuations beneath instability wavepackets and turbulent spots in a hypersonic boundary layer // J. Fluid Mech. 2014. V. 756. P. 1058–1091. https://doi.org/10.1017/jfm.2014.475
  7. Яцких А.А., Ермолаев Ю.Г., Косинов А.Д., Семенов Н.В. Эволюция волновых пакетов в сверхзвуковом пограничном слое плоской пластины // Теплофизика и аэромеханика. 2015. Т. 22. № 1. С. 17–28.
  8. Yatskikh A., Yermolaev Y., Kosinov A., Semionov N., Semenov A. Evolution of localized artificial disturbance in 2D and 3D supersonic boundary layers // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 2020. V. 234. № 1. P.115–123. https://doi.org/10.1177/0954410018787120
  9. Довгаль А.В., Катасонов М.М., Козлов В.В., Павленко А.М. Эволюция локализованных возмущений пограничного слоя в условиях ламинарно-турбулентного перехода (обзор) // Теплофизика и аэромеханика. 2022. Т. 29. № 4. С. 491–506.
  10. Mayer C.S., Wernz S., Fasel H.F. Numerical investigation of the nonlinear transition regime in a Mach 2 boundary layer // J. Fluid Mech. 2011. V. 668. P. 113–149. https://doi.org/10.1017/S0022112010004556
  11. Mayer C.S., Laible A.C., Fasel H.F. Numerical investigation of wave packets in a Mach 3.5 cone boundary layer // AIAA J. 2011. V. 49. № 1. P. 67–86. https://doi.org/10.2514/1.J050038
  12. Egorov I.V., Novikov A.V. Direct numerical simulation of laminar–turbulent flow over a flat plate at hypersonic flow speeds // Computational Mathematics and Mathematical Physics. 2016. V. 56. P. 1048–1064. https://doi.org/10.1134/S0965542516060129
  13. Чувахов П.В., Егоров И.В. Численное моделирование эволюции возмущений в сверхзвуковом пограничном слое над углом разрежения // Изв. РАН. МЖГ. 2021. № 5. С. 49–60. https://doi.org/10.31857/S0568528121050029
  14. Егоров И.В., Новиков А.В., Чувахов П.В. Численное моделирование развития турбулентных пятен в сверхзвуковом пограничном слое на пластине // Матем. моделирование. 2022. Т. 34. № 7. С. 63–72. https://doi.org/10.20948/mm-2022-07-04
  15. Хотяновский Д.В., Кудрявцев А.Н. Прямое численное моделирование перехода к турбулентности в сверхзвуковом пограничном слое на гладких и шероховатых поверхностях // Прикл. механика и техн. физика. 2017. Т. 58. № 5. С. 80–92. https://doi.org/10.15372/PMTF20170508
  16. Хотяновский Д.В., Кудрявцев А.Н. Прямое численное моделирование перехода к турбулентности в сверхзвуковом пограничном слое // Теплофизика и аэромеханика. 2015. Т. 22. № 5. С. 581–590.
  17. Чувахов П.В., Погорелов И.О. Источники турбулентности на прямом крыле сверхзвукового пассажирского самолёта // Матем. моделирование. 2022. Т. 34. № 8. С. 19–37. https://doi.org/10.20948/mm-2022-08-02
  18. Гилев В.М., Козлов В.В. Влияние периодического вдува-отсоса на процесс перехода в пограничном слое // Уч. записки ЦАГИ. 1986. Т. 17. № 3. С. 27–33.
  19. Borodulin V.I., Kachanov Y.S. On properties of the deterministic turbulence and reproducibility of its instantaneous and statistical characteristics // Theoretical and Applied Mechanics Letters. 2014. V. 4. № 6. Art. No. 062004. 19 p. https://doi.org/10.1063/2.1406204
  20. Бойко А.В., Иванов А.В., Качанов Ю.С., Мищенко Д.А. Исследование слабонелинейного развития нестационарных вихрей Гёртлера // Теплофизика и аэромеханика. 2010. Т. 17. № 4. С. 487–514.
  21. Borodulin V.I., Kachanov Y.S. Experimental evidence of deterministic turbulence // Eur. J. Mech. B/Fluids. 2013. V. 40. P. 34–40. https://doi.org/10.1016/j.euromechflu.2013.02.004
  22. Corke T.C., Cavalieri D.A., Matlis E. Boundary-layer instability on sharp cone at Mach 3.5 with controlled input // AIAA J. 2002. V. 40. P. 1015–1018. https://doi.org/10.2514/2.1744
  23. Kolosov G.L., Kosinov A.D., Semenov A.N., Yatskikh A.A. Experimental and numerical investigation of controlled disturbances development from two sources in supersonic boundary layer // Advances in Aerodynamics. 2019. V. 1. Art. № 14. 13 p. https://doi.org/10.1186/s42774-019-0017-4
  24. Яцких А.А., Афанасьев Л.В. Численное моделирование эволюции локализованных возмущений от двух синхронных разнесенных источников в сверхзвуковом пограничном слое // Теплофизика и аэромеханика. 2022. Т. 29. № 6. С. 923–934.
  25. Yatskikh A.A., Kosinov A.D., Semionov N.V., Smorodsky B.V., Ermolaev Yu.G., Kolosov G.L. Investigation of laminar-turbulent transition of supersonic boundary layer by scanning constant temperature hot-wire anemometer // AIP Conf. Proc. 2018. V. 2027. Art. No. 040041. 5 p. https://doi.org/10.1063/1.5065315

Дополнительные файлы


© Л.В. Афанасьев, Ю.Г. Ермолаев, А.Д. Косинов, В.Л. Кочарин, Н.В. Семенов, А.А. Яцких, 2023