nguphysСибирский физический журналSIBERIAN JOURNAL OF PHYSICS2541-9447Новосибирский государственный университет10.25205/2541-9447-2024-19-2-95-110nguphys-325Research ArticleФИЗИКА ЖИДКОСТИ, НЕЙТРАЛЬНЫХ И ИОНИЗОВАННЫХ ГАЗОВPHYSICS OF A FLUID, NEUTRAL AND IONIZED GASESЭкспериментальное исследование развития волнового поезда в продольном следе в пограничном слое плоской пластины при числе Маха 2,5Experimental Study of the Wave Train Development in a Longitudinal Trace in the Fat Plate Boundary Layer at Mach 2.5ПитеримоваМ. В.PiterimovaM. V.

Питеримова Марина Валадимировна, младший научный сотрудник

Новосибирск

Marina V. Piterimova, Junior Researcher

Novosibirsk

КосиновА. Д.KosinovA. D.

Косинов Александр Дмитриевич, доктор физико-математических наук

Новосибирск

Alexander D. Kosinov, Doctor of Physical and Mathematical Sciences

Novosibirsk

СемёновН. В.SemionovN. V.

Семёнов Николай Васильевич, доктор физико-математических наук

Новосибирск

Nikolay V. Semionov, Doctor of Physical and Mathematical Sciences

Novosibirsk

ЯцкихА. А.YatskikhA. A.

Яцких Алексей Анатольевич, кандидат физико-математических наук 

Новосибирск

Aleksey A. Yatskikh, Candidate of Physical and Mathematical Sciences 

Novosibirsk

ШмаковаА. В.ShmakovaA. V.

Шмакова Александра Валерьевна, кандидат физико-математических наук

Новосибирск

Alexandra V. Shmakova, Candidate of Physical and Mathematical Sciences

Novosibirsk

ЕрмолаевЮ. Г.YermolaevYu. G.

Ермолаев Юрий Геннадьевич, кандидат физико-математических наук

Новосибирск

Yuri G. Yermolaev, Candidate of Physical and Mathematical Sciences

Novosibirsk

СмородскийБ. В.SmorodskyB. V.

Смородский Борис Владимирович, кандидат физико-математических наук

Новосибирск

Boris V. Smorodsky, Candidate of Physical and Mathematical Sciences

Novosibirsk

Институт теоретической и прикладной механики им. С. А. Христиановича СО РАНРоссияKhristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics of SB RASRussian Federation20241807202419295110Copyright © Питеримова М.В., Косинов А.Д., Семёнов Н.В., Яцких А.А., Шмакова А.В., Ермолаев Ю.Г., Смородский Б.В., 20242024Питеримова М.В., Косинов А.Д., Семёнов Н.В., Яцких А.А., Шмакова А.В., Ермолаев Ю.Г., Смородский Б.В.Piterimova M.V., Kosinov A.D., Semionov N.V., Yatskikh A.A., Shmakova A.V., Yermolaev Y.G., Smorodsky B.V.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/325

В работе рассматриваются экспериментальные результаты по развитию волнового поезда в продольном следе в пограничном слое плоской пластины при числе Маха 2,5. Выполнен анализ пространственно-временных распределений и частотно-волновых спектров пульсаций, а также их волновых характеристик в линейной и слабонелинейной фазе развития волнового поезда в однородном и неоднородном пограничном слое при фиксированной мощности источника контролируемых возмущений. В ходе анализа результатов субгармонический резонанс не наблюдался. Разложение по волновому спектру стационарной неоднородности и экспериментальные данные о волновых характеристиках и спектрах возмущений позволили предложить варианты взаимодействия волн для режима наклонного перехода.

The paper discusses experimental results on the wave train development in a longitudinal trace in the flat plate boundary layer at Mach 2.5. An analysis of the spatiotemporal distributions and frequency-wave spectra of pulsations, as well as their wave characteristics in the linear and weakly nonlinear phase of the wave train development in a homogeneous and inhomogeneous boundary layer at a fixed power of the controlled disturbances source has been carried out. During the analysis of the results, no subharmonic resonance was observed. Expansion into the wave spectrum of a stationary inhomogeneity and experimental data on wave characteristics and disturbance spectra made it possible to propose options for wave interaction for oblique breakdown.

сверхзвуковой потокэкспериментальные исследованияплоская пластинаконтролируемые возмущениянаклонный переходsupersonic flowexperimental studiesflat platecontrolled disturbancesoblique breakdownРабота выполнена по теме государственного задания. Эксперименты проведены с использованием оборудования ЦКП «Механика» (ИТПМ СО РАН).The research was carried out within the state assignment of Ministry of Science and Higher Education of the Russian Federation. The study was conducted at the Equipment Sharing Center «Mechanics» of ITAM SB RAS.ReferencesВаганов А. В., Ермолаев Ю. Г., Колосов Г. Л., Косинов А. Д., Панина А. В., Семенов Н. В., Яцких А. А. К воздействию падающей волны Маха на сверхзвуковой пограничный слой // Теплофизика и аэромеханика. 2016. Т. 23, № 1. С. 45–50.Vaganov A. V., Ermolaev Yu. G., Kolosov G. L., Kosinov A. D., Panina A. V., Semionov N. V. and Yatskikh A. A. Impact of incident Mach Wave on Supersonic Boundary Layer. Thermophysics and Aeromechanics. 2016, 23 (1): 45–50Егоров И. В., Зыонг Н. Х., Нгуен Н. К., Пальчековская Н. В. Численное моделирование влияния волны Маха на ламинарно-турбулентный переход в сверхзвуковом пограничном слое // Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки. 2022. Т. 504, № 1. С. 36–40.Egorov I. V., Duong N. H., Nguyen N. C. and Palchekovskaya N. V. Numerical Simulation of the Influence of a Mach Wave on the Laminar-Turbulent Transition in a Supersonic Boundary Layer. Doklady Rossiiskoi Akademii Nauk. Fizika, Tekhnicheskie Nauki 2022, 504(1): 36–40Питеримова М. В., Косинов А. Д., Семёнов Н. В., Яцких А. А., Кочарин В. Л., Ермолаев Ю. Г. Экспериментальное исследование влияния пары слабых ударных волн на ламинарно-турбулентный переход в пограничном слое плоской пластины при числе Маха 2 // Сибирский физический журнал. 2022. Т. 17, № 2. С. 30–40. DOI: 10.25205/2541-9447-202217-2-30-40.Piterimova M. V., Kosinov А. D., Semionov N. V., Yatskikh A. A., Kocharin V. L., Yermolaev Yu. G. Experimental study of effect of a pair of weak shock waves on laminarturbulent transition in the boundary layer of flat plate at Mach number 2. Siberian Journal of Physics. 2022; 17(2):30-40. (In Russ.) https://doi.org/10.25205/2541-9447-2022-17-2-30-40Бойко А. В., Грек Г. Р., Довгаль А. В., Козлов В. В. Возникновение турбулентности в пристенных течениях. Новосибирск: Наука, 1999. 327 с.Boiko A. V., Grek G. R., Dovgal A. V., and Kozlov V. V. The Origin of Turbulence in Near-Wall Flows. Springer-Verlag, Berlin, 2002.Matsubara M. and Alfredsson P. H. Disturbance growth in boundary layers subjected to free stream turbulence // J. Fluid Mech. 2001. Vol. 430. P. 149.Matsubara M. and Alfredsson P. H. Disturbance growth in boundary layers subjected to free stream turbulence. Journal of Fluid Mechanics. 2001, 430: 149Fransson J. H. M., Brandt L., Talamelli A. and Cossu C. Experimental and theoretical investigation of the nonmodal growth of steady streaks in a flat plate boundary layer // Physics of Fluids. 2004. Vol. 16. P. 36–27.Fransson J. H. M., Brandt L., Talamelli A. and Cossu C. Experimental and theoretical investigation of the nonmodal growth of steady streaks in a flat plate boundary layer. Physics of Fluids. 2004, 16: 3627.Fransson J. H. M., Talamelli A., Brandt L., Cossu C. Delaying transition to turbulence by a passive mechanism // Physical Review Letters, American Physical Society. 2006. Vol. 96 (6). P. 064501. 10.1103/physrevlett.96.064501.Fransson J. H. M., Talamelli A., Brandt L., Cossu Carlo. Delaying transition to turbulence by a passive mechanism. Physical Review Letters, American Physical Society, 2006, 96 (6): 064501.Грек Г. Р., Катасонов М. М., Козлов В. В. Моделирование полосчатых структур и возникновения турбулентного пятна в пограничном слое крыла при повышенной степени турбулентности набегающего потока // Теплофизика и аэромеханика. 2008. Т. 15, № 4. С. 585–598.Grek G. R., Katasonov M. M. & Kozlov V. V. Modelling of streaky structures and turbulentspot generation process in wing boundary layer at high free-stream turbulence. Thermophysics and Aeromechanics. 2009, 15 (4): 549–561Гапонов С. А., Маслов А. А. Развитие возмущений в сжимаемых потоках. Новосибирск: Наука, 1980. 144 с.Gaponov S. A. and Maslov A. A. Development of Disturbances in Compressible Flows. 1980, Nauka, Novosibirsk, 144 p. (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. The turbulence origin in the boundary layer. 1982, Nauka, Novosibirsk, 151 p. (In Russ)Косинов А. Д., Семенов Н. В., Питеримова М. В., Яцких А. А., Ермолаев Ю. Г., Смородский Б. В., Шмакова А. В. Особенности развития волнового поезда в продольном возмущении сверхзвукового пограничного слоя // Прикладная механика и техническая физика. 2023. Online first. DOI: 10.15372/PMTF202315394.Kosinov A. D., Semionov N. V., Piterimova M. V., Yatskikh A. A., Yermolaev Yu. G., Smorodsky B. V., Shmakova A. V. Features of the wave train development in a longitudinal disturbance of a supersonic boundary layer. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2023. ONLINE FIRST. DOI: 10.15372/PMTF202315394.Косинов А. Д., Питеримова М. В., Шмакова А. В., Семенов Н. В., Ермолаев Ю. Г. Экспериментальное исследование эволюции контролируемых возмущений в продольном вихре, порожденном в пограничном слое плоской пластины при числе Маха 2 // Прикладная механика и техническая физика. 2023. Т. 64, №4. С. 118–129. DOI: 10.15372/PMTF202215232Kosinov A. D., Piterimova M. V., Shmakova A. V., Semionov N. V., Ermolaev Yu. G. Experimental study of evolution of controlled perturbations in a longitudinal vortex generated in a boundary layer on a flat plate at a Mach number M = 2. Journal of Applied Mechanics and Technical Physics. 2023, 64(4): 656-666.Kosinov A. D., Semionov N. V., Shevel’kov S. G., Zinin O. I. (1994). Experiments on the Nonlinear Instability of Supersonic Boundary Layers // Lin S. P., Phillips W. R. C., Valentine D. T. (Eds) Nonlinear Instability of Nonparallel Flows. International Union of Theoretical and Applied Mechanics. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-850844_17Kosinov A. D., Semionov N. V., Shevel’kov S. G., Zinin O. I. Experiments on the Nonlinear Instability of Supersonic Boundary Layers. 1994, In: Lin, S.P., Phillips, W.R.C., Valentine, D.T. (eds) Nonlinear Instability of Nonparallel Flows. International Union of Theoretical and Applied Mechanics. Springer, Berlin, Heidelberg. https://doi.org/10.1007/978-3-642-85084-4_17Piterimova M. V., Kosinov A. D., Panina A. V., Semionov N. V., Ermolaev Yu. G., Yatskikh A. A. The controlled periodic impact on the longitudinal vortex in the boundary layer at Mach 2 // Journal of Physics: Conference Series: XVI All-Russian Seminar with international participation “Dynamics of Multiphase Media” (Novosibirsk, 30 Sept. – 5 Oct. 2019). Vol. 1404. S. l.: IOP Publishing, 2019. 012094(6) p. DOI: 10.1088/17426596/1404/1/012094Piterimova M. V., Kosinov A. D., Panina A. V., Semionov N. V., Ermolaev Yu. G., Yatskikh A. A. The controlled periodic impact on the longitudinal vortex in the boundary layer at Mach 2. Journal of Physics: Conference Series: XVI All-Russian Seminar with international participation “Dynamics of Multiphase Media” (Novosibirsk, 30 Sept. – 5 Oct. 2019). Vol. 1404. S.l.: IOP Publishing, 2019. 012094(6). DOI: 10.1088/17426596/1404/1/012094Din Q. H., Egorov I. V., Fedorov A. V. Mach wave effect on laminar-turbulent transition in supersonic flow over a flat plate // Fluid Dynamics. 2018. Vol. 53, № 5. P. 690–701.Din Q. H., Egorov I. V., Fedorov A. V. Mach wave effect on laminar-turbulent transition in supersonic flow over a flat plate. Fluid Dynamics. 2018, 53(5): 690–701.

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