Количественное исследование локализованных механизмов порождения мод неустойчивости поперечного течения пограничного слоя на скользящем крыле

Автор: Дмитрий Алексеевич Мищенко

Соавторы: В.И. Бородулин, А.В. Иванов, Ю.С. Качанов, R. Örlü, A. Hanifi, S. Hein

Организация: ИТПМ СО РАН

Настоящая работа направлена на изучение двух эффективных механизмов порождения в трехмерном пограничном слое на скользящем крыле мод неустойчивости поперечного течения (ПТ): локализованными вибрациями поверхности (1), а также за счет рассеяния на этих вибрациях вихрей набегающего потока (2). Исследование указанных задач восприимчивости проведено в рамках международного проекта RECEPT. Эксперименты проведены в пограничном слое экспериментальной модели с ламинаризированным крыловым профилем (угол скольжения 35°, хорда 0,8 м), которая была установлена в рабочей части малотурбулентной аэродинамической трубы MTL (КТИ, Стокгольм) под углом атаки –5 град. В результате, в экспериментальном пограничном слое нарастание мод неустойчивости Толлмина-Шлихтинга было подавлено благоприятным градиентом давления, а моды неустойчивости ПТ, напротив, могли усиливаться вниз по потоку. Эксперименты проведены с использованием метода контролируемых нестационарных возмущений. Источник локализованных вибраций поверхности представлял собой вибрирующую на частоте f_s мембрану диаметром 6 мм. Мембрана была вмонтирована заподлицо с рабочей поверхностью экспериментальной модели на расстоянии ~130 мм от ее передней кромки. Двумерные вихревые возмущения потока генерировались вибрирующей на частоте f_v проволочкой, которая была натянута параллельно передней кромке модели. Скорость набегающего потока составляла 10 м/c. Основные измерения выполнены однониточным датчиком термоанемометра.

Обнаружено, что оба исследуемых механизма восприимчивости приводят к достаточно эффективному порождению в пограничном слое пакетов трехмерных мод ПТ. В работе получены кривые нарастания амплитуд и фаз ПТ-мод, как порождаемых на частоте вибраций поверхности f_s, так и на комбинационных частотах f_sv± = f_s ± f_v. Получены оценки количественных характеристик исследуемых механизмов – амплитуды и фазы коэффициентов «вибрационной» и «вибрационно-вихревой» локализованной восприимчивости. Результаты получены в широком диапазоне параметров.

Верификация расчетов, выполненных по линейной (локально-параллельной) теории устойчивости (ЛТУ) показала, что эта теория способна надежно описывать развитие ПТ-мод на частоте f_s (рис. 1а). Тем не менее, она не в состоянии объяснить эволюцию ПТ-мод, порождаемых на комбинационных частотах f_sv± (рис. 1b). Анализ экспериментальных данных говорит в пользу того, что на частотах f_sv± проявляется действие ранее не изученного механизма распределенной восприимчивости, связанного с рассеянием контролируемых вихрей набегающего потока на генерируемых вибрациями поверхности ПТ-модах. Изучение этого явления имеет большой научный и практический интерес.