Статистически-достоверная регистрация ламинарно-турбулентного перехода на модели стреловидного крыла с помощью современной тепловизионной техники. Создание базы экспериментальных данных

Автор: Дмитрий Алексеевич Мищенко

Соавторы: В.И. Бородулин, А.В. Иванов

Организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук (ИТПМ СО РАН)

Работа посвящена созданию пополняемой базы надежных экспериментальных данных пригодных для верификации современных программных пакетов предсказания положения ламинарно-турбулентного перехода (ЛТП) в пограничных слоях на стреловидных крыльях. В создаваемой базе будет содержаться исчерпывающая информация об условиях проведенных экспериментов: параметры экспериментальной модели; скорость и степень турбулентности набегающего протока; параметры среднего течения около модели; а также информация о положениях ЛТП в широком диапазоне параметров задачи. В данный момент в базу вносятся результаты новых систематических экспериментов, проведенных с использованием оригинальной статистически-достоверной тепловизионной методики регистрации положения ЛТП.

Эксперименты проведены в малотурбулентной аэродинамической трубе Т-324 ИТПМ СО РАН с использованием высокоточной экспериментальной модели стреловидного крыла (профиль NACA 67 1-215 (модифицированный), хорда 700 мм, угол скольжения 45°). Основные измерения положения ЛТП проведены на двух сторонах модели для трех углов атаки крыла a = –5, 0 и +3 град. в диапазоне скоростей на входе рабочей части трубы Q от 15 до 50 м/с. Исследования проведены для трех степеней турбулентности потока ε ≈ 0,1; 0,55 и 0,75%. Характеристики среднего течения у рабочих поверхностей модели были тщательно задокументированы с помощью дренажных и термоанемометрических измерений для каждого установленного угла атаки.

Положение ЛТП фиксировалось за счет применения высокоточной тепловизионной камеры FLIR SC7300. Перед проведением тепловизионной съемки, рабочая поверхность модели равномерно нагревалась примерно на 6 °C относительно комнатной температуры, затем производился запуск Т-324 с одновременной записью видеоизображения распределения температур на поверхности модели (термограммы) с частотой 50 Гц. В результате, полученные термограммы включали все стадии формирования течения на рабочей поверхности модели. Компьютерная обработка, основанная на анализе производных по времени от пространственных распределений логарифмов температур поверхности, позволяет получить статистически-достоверные координаты начала, конца и протяженности ЛТП для каждого из исследованных режимов. В проведенных экспериментах зафиксировано три основных сценария ЛТП вызванных: (1) неустойчивостью Толлмина-Шлихтинга (ТШ) (рис. 1а), (2) модами неустойчивости поперечного течения (ПТ), а также (3) сценарий, в котором обе неустойчивости играют примерно одинаковую роль (рис. 1b).

Работа по созданию базы выполнена в рамках Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013-2020 годы (проект АААА-А19-119051590050-2).