nguphysСибирский физический журналSIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS2541-9447Новосибирский государственный университет10.25205/2541-9447-2020-15-2-25-49nguphys-136Research ArticleФИЗИКА ЖИДКОСТИ, НЕЙТРАЛЬНЫХ И ИОНИЗОВАННЫХ ГАЗОВPHYSICS OF A FLUID, NEUTRAL AND IONIZED GASESУправление нелинейной стадией ламинарно-турбулентного перехода на крыловом профиле путем распределенного отсоса через мелкоперфорированную поверхностьControl of Nonlinear Stage of the Laminar-Turbulent Transition on an Airfoil by Distributed Suction through a Finely Perforated SurfaceКатасоновМ. М.KatasonovM. M.

Катасонов Михаил Михайлович, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

Новосибирск

Mikhail M. Katasonov, Doctor of Science (Physics and Mathematics), Leading Researcher

Novosibirsk

mikhail@itam.nsc.ruГрекГ. Р.GrekG. R.

Грек Генрих Рувимович, доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник

Новосибирск

Genrich R. Grek, Doctor of Science (Physics and Mathematics), Leading Researcher

Novosibirsk

grek@itam.nsc.ruКозловВ. В.KozlovV. V.

Козлов Виктор Владимирович, доктор физико-математических наук, профессор, главный научный сотрудник

Новосибирск

Viktor V. Kozlov, Doctor of Science (Physics and Mathematics), Professor, Principal Researcher

Novosibirsk

kozlov@itam.nsc.ruКорниловВ. И.KornilovV. I.

Корнилов Владимир Иванович, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник

Новосибирск

Kornilov Vladimir Ivanovich, Doctor of Science (Physics and Mathematics), Chief Scientist

Novosibirsk

kornilov@itam.nsc.ruКрюковА. В.KryukovA. V.

Крюков Алексей Владимирович, кандидат технических наук, доцент, научный сотрудник

Новосибирск

Alexey V. Kryukov, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor, researcher

Novosibirsk

СадовскийИ. А.SadovskyI. A.

Садовский Иван Алексеевич, магистрант 2-го курса физического факультета

Новосибирск

Ivan A. Sadovsky, 2nd year master’s student

Novosibirsk

sadovski.ivan@yandex.ruИнститут теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАН; Новосибирский государственный университетРоссияKhristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS; Novosibirsk State UniversityRussian FederationИнститут теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАНРоссияKhristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RASRussian Federation2020140420211522549Copyright © Катасонов М.М., Грек Г.Р., Козлов В.В., Корнилов В.И., Крюков А.В., Садовский И.А., 20212021Катасонов М.М., Грек Г.Р., Козлов В.В., Корнилов В.И., Крюков А.В., Садовский И.А.Katasonov M.M., Grek G.R., Kozlov V.V., Kornilov V.I., Kryukov A.V., Sadovsky I.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://nguphys.elpub.ru/jour/article/view/136

В работе представлены результаты экспериментальных исследований влияния распределенного отсоса через перфорированный вкладыш на пространственное развитие возмущений пограничного слоя прямого крыла на нелинейной стадии их развития. Обнаружено, что распределенный отсос снижает интенсивность интегральных пульсаций для естественных возмущений в 90 раз. Спектральный анализ возмущений показал уменьшение интенсивности высокочастотных пульсаций в узкой полосе частот на два порядка для естественных и для вынужденных возмущений, генерируемых внешним акустическим полем. Распределенный отсос воздействует на среднее течение: при включенном отсосе устраняется турбулентное состояние пограничного слоя, отрыв вблизи задней кромки крыла смещается ниже по потоку и устанавливается ламинарное течение в пограничном слое.

 

The results of experimental investigations of the influence of distributed suction through a finely perforated surface on the spatial development of perturbations of the straight wing boundary layer at the nonlinear stage of its evolution are presented in this article. It was found that distributed suction reduces the intensity of integral pulsations for natural disturbances by 90 times. A spectral analysis of disturbances showed a decrease in the intensity of high-frequency fluctuations in a narrow frequency band by two orders of magnitude for natural and forced disturbances generated by an external acoustic field. It was found that the distributed suction affects the average flow, namely, when the suction is on, the turbulent state of the boundary layer is eliminated, its separation near the trailing edge of the wing and the laminar flow is defined in the boundary layer.

пограничный слойнелинейная стадияустойчивостьволны Толлмина – Шлихтингараспределённый отсосспектр возмущенийboundary layernonlinear stagestabilityTollmien – Schlichting wavesdistributed suctiondisturbance spectrumРабота частично выполнена в рамках Программы фундаментальных научных исследований государственных академий наук на 2013–2020 годы (проект АААА-А17-117030610128-8) и при государственной поддержке научных исследований, проводимых под руководством ведущих ученых в российских вузах, соглашение № 07515-2019-1923The work was partially carried out within the framework Of the program of fundamental scientific research of the state academies of Sciences for 2013–2020 (project AAAA17-117030610128-8), within the framework of providing distributed suction and with state support for research conducted under the leadership of leading scientists in Russian universities, agreement No. 075-15-2019-1923.ReferencesГрек Г. Р., Катасонов М. М., Козлов В. В., Корнилов В. И., Крюков А. В., Садовский И. А. Управление ламинарно-турбулентным переходом на крыловом профиле путем распределенного отсоса через мелкоперфорированную поверхность //Сибирский физический журнал. 2019. Т. 14, № 4. C 28–54.Grek G. R., Katasonov М. М., Kozlov V. V., Kornilov V. I., Kryukov A. V., Sadovsky I. A. Control of the laminar-turbulent transition on the wing profile by distributed suction through a finely perforated surface. Siberian Journal of Physics, 2019, vol. 14, no. 4, p. 28–54. (in Russ.)Козлов В. В., Левченко В. Я., Щербаков В. А. Развитие возмущений в пограничном слое при щелевом отсасывании //Учен. зап. ЦАГИ. 1978. Т. 9, № 2. С. 99–105.Kozlov V. V., Levchenko V. Ya., Scherbakov V. A. Development of perturbations in the boundary layer during slit suction. Scientist. zap. TSAGI, 1978, vol. 9, no. 2, p. 99–105. (in Russ.)Качанов Ю. С., Козлов В. В., Левченко В. Я. Развитие нелинейной волны в пограничном слое //Физическая газодинамика. Новосибирск, 1976.Kachanov Yu. S., Kozlov V. V., Levchenko V. Ya. The development of a nonlinear wave in the boundary layer. In: Physical gasodynamics. Novosibirsk, 1976. (in Russ.)Струминский В. В., Лебедев Ю. Б., Фомичев В. М. Влияние градиента температуры вдоль поверхности на протяженность ламинарного пограничного слоя газа //ДАН СССР. 1986. Т. 289, № 4. С. 813–816.Struminsky V. V., Lebedev Yu. B., Fomichev V. M. Influence of the temperature gradient along the surface on the extent of the laminar boundary layer of gas. Dokl. USSR Academy of Sciences, 1986, vol. 289, no. 4, p. 813–816. (in Russ.)Dovgal A. V., Levchenko V. Y., Timofeev V. A. Boundary layer control by a local heating of the wall. In: Laminar-Turbulent Transition. Ed. by D. Arnal, R. Michel. Berlin, SpringerVerlag, 1990, p. 113–121.Dovgal A. V., Levchenko V. Y., Timofeev V. A. Boundary layer control by a local heating of the wall. In: Laminar-Turbulent Transition. Ed. by D. Arnal, R. Michel. Berlin, SpringerVerlag, 1990, p. 113–121.Grek G. R., Kozlov V. V., Titarenko S. V. An experimental study on the influence of riblets on transition. J. Fluid Mech., 1996, vol. 315, p. 31–49.Grek G. R., Kozlov V. V., Titarenko S. V. An experimental study on the influence of riblets on transition. J. Fluid Mech., 1996, vol. 315, p. 31–49.Luchini P. Asymptotic analysis of laminar boundary layer flow over finely grooved surfaces.Luchini P. Asymptotic analysis of laminar boundary layer flow over finely grooved surfaces.Eur. J. Mech. B/Fluids, 1995, vol. 14, no. 2, p. 169–195.Eur. J. Mech. B/Fluids, 1995, vol. 14, no. 2, p. 169–195.Arnal D., Juillen J. C., Reneaux J., Gasparian G. Effect of wall suction on leading edge contamination. Aerosp. Sci. Technol., 1997, vol. 8, p. 505–517.Arnal D., Juillen J. C., Reneaux J., Gasparian G. Effect of wall suction on leading edge contamination. Aerosp. Sci. Technol., 1997, vol. 8, p. 505–517.Abegg C., Bippes H., Janke E. Stabilization of boundary-layer flows subject to crossflow instability with the aid of suction. In: Laminar-Turbulent Transition. Ed. by H. F. Fasel,Abegg C., Bippes H., Janke E. Stabilization of boundary-layer flows subject to crossflow instability with the aid of suction. In: Laminar-Turbulent Transition. Ed. by H. F. Fasel,W. S. Saric. Berlin, Springer-Verlag, 2000, p. 607–612.W. S. Saric. Berlin, Springer-Verlag, 2000, p. 607–612.Abu-Ghanamm B. J., Shaw R. Natural transition of boundary layers – the effects of turbulence, pressure gradient, and flow history. J. Mech. Eng. Sci., 1980, vol. 22, p. 213–228.Abu-Ghanamm B. J., Shaw R. Natural transition of boundary layers – the effects of turbulence, pressure gradient, and flow history. J. Mech. Eng. Sci., 1980, vol. 22, p. 213–228.Бойко А. В., Козлов В. В., Сызранцев В. В., Щербаков В. А. Активное управление вторичной неустойчивостью в трехмерном пограничном слое //Теплофизика и аэромеханика. 1999. Т. 6, № 2. С. 181–192.Boiko A. V., Kozlov V. V., Syzrantsev V. V., Scherbakov V. A. Active control of secondary instability in a three-dimensional boundary layer. Thermophysics and Aeromechanics, 1999, vol. 6, no. 2, p. 181–192. (in Russ.)Литвиненко Ю. А., Козлов В. В., Чернорай В. Г., Грек Г. Р., Лефдаль Л. Л. Управление неустойчивостью поперечного течения скользящего крыла с помощью отсоса //Теплофизика и аэромеханика. 2003. Т. 10, № 4. С. 559–567.Litvinenko Yu. A., Kozlov V. V., Chernoray V. G., Grek G. R., Lefdal L. L. Controlling the instability of the cross flow of a sliding wing using suction. Thermophysics and Aeromechanics, 2003, vol. 10, no. 4, p. 559–567. (in Russ.)Качанов Ю. С., Козлов В. В., Левченко В. Я. Возникновение турбулентности в пограничном слое. Новосибирск: Наука, 1982. 151 с.Kachanov Yu. S., Kozlov V. V., Levchenko V. Ya. Occurrence of turbulence in the boundary layer. Novosibirsk, Nauka, 1982, 151 p. (in Russ.)Довгаль А. В., Козлов В. В. Влияние акустических возмущений на структуру течения в пограничном слое с неблагоприятным градиентом давления //Изв. АН СССР. Механ. жидк. и газа. 1983. Т. 18, № 2. С. 48–52.Dovgal А. V., Kozlov V. V. The influence of acoustic disturbances on the flow structure in a boundary layer with an unfavorable pressure gradient. Izv. USSR Academy of Sciences. Mechan. of Fluid and Gas, 1983, vol. 18, no. 2, p. 48–52. (in Russ.)

The authors declare that there are no conflicts of interest present.