Экспериментальное исследование влияния пары слабых ударных волн на ламинарно-турбулентный переход в пограничном слое плоской пластины при числе Маха 2

Проведено экспериментальное исследование влияния продольных вихрей, порождаемых слабыми ударными волнами, на ламинарно-турбулентный переход в пограничном слое плоской пластины при числе Маха 2. Для усиления эффекта порождения продольных вихрей использована модель с радиусом притупления передней кромки 0,5 мм. Измерения интенсивности возмущений проводились термоанемометром постоянного сопротивления и однониточным датчиком. Для изменения чисел Рейнольдса в потоке использовался метод варьирования давления в форкамере сверхзвуковой аэродинамической трубы. По условиям экспериментов уровень возмущений массового расхода в рабочей части Т-325 ИТПМ СО РАН не превышал 0,1 % от величины среднего течения в диапазоне частот от 0,2 до 50 кГц. В данной работе впервые получено, что стационарные продольные вихри, возникающие в пограничном слое плоской пластины в результате воздействия пары слабых ударных волн на ее переднюю кромку, приводят к раннему ламинарнотурбулентному переходу при разных числах Рейнольдса. В случае однородного пограничного слоя переход достигается при Re_x ≈ 3,1 × 10⁶, а при измерениях в области вихрей от ударных волн при значениях Re_x ≈ 1,5 × 10⁶ и Re_x ≈ 2 × 10⁶.

1. Гапонов С. А., Левченко В. Я. Современные проблемы перехода пограничного слоя // Успехи механики. 1981. Т. 4. Вып. 4. С. 47–90

2. Жигулев В. Н., Тумин А. М. Возникновение турбулентности. Новосибирск: Наука, 1987. 282 с.

3. Morkovin M. V. Panoramic view of changes in vorticity distribution in transition instabilities and turbulence // Boundary Layer Stability and Transition to Turbulence, ed. D. C. Reda, H. L. Reed, R.Kobayashi. The First ASME/JSME Fluids Engineering Conference, Portland, Oregon, 23-27 June, 1991. P. 1–12

4. Бойко А. В., Грек Г. Р., Довгаль А. В., Козлов В. В. Возникновение турбулентности в пристенных течениях. Новосибирск: Наука, 1999. 327 с.

5. Matsubara M. and Alfredsson P. H. Disturbance growth in boundary layers subjected to free stream turbulence, J. Fluid Mech. 430, 149, 2001.

6. 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 16, 3627, 2004.

7. 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.

8. Boiko A. V., Westin K. J. A., Klingmann B. G. B., Kozlov V. V., and Alfredsson P. H. Experiments in a boundary layer subjected to free stream turbulence. Part 2. The role of TSwaves in the transition process, J. Fluid Mech. 281, 219, 1994.

9. Ваганов 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.

10. Динь К. Х., Егоров И. В., Федоров А. В. Взаимодействие волн маха и пограничного слоя при сверхзвуковом обтекании пластины с острой передней кромкой // Ученые записки ЦАГИ. 2017. Т. 48. № 4. С. 10–19.

11. 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. Vol. 53. No. 5. P. 690–701

12. Динь К. Х., Егоров И. В., Федоров А. В. Влияние волн Маха на ламинарно-турбулентный переход при сверхзвуковом обтекании плоской пластины // Изв. РАН. МЖГ. 2018. No 5. С. 113–124.

13. Kosinov A. D., Yatskikh A. A., Yermolaev Yu. G., Semionov N. V., Kolosov G. L., Piterimova M. V. On mechanisms of the action of weak shock waves on laminar-turbulent transition in supersonic boundary layer // AIP Conference Proceedings. 2017. Vol. 1893. P. 030072.

14. Kosinov A. D., Yermolaev Yu. G., Nikolaev N. N., Semionov N. V., Semisynov A. I. On the measurement of the pulsation in supersonic flow by constant temperature hot – wire anemometer // 13th International Conference on the Methods of Aerophysical Research (ICMAR–2007): (Novosibirsk, Russia, 5–10 Febr. 2007): Proc. – Pt. 5. – Novosibirsk: Parallel, 2007. – P. 81–86.

15. 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 Conference Proceedings: XIX International Conference on the Methods of Aerophysical Research (ICMAR 2018) (Novosibirsk, Russia, 13–19 Aug., 2018). Vol. 2027. No.1. AIP Publishing, 2018. 040041(5) p.

16. Kosinov A. D., Yermolaev Yu. G., Semionov N. V., Kolosov G. L., Panina A. V. To the analysis of the natural pulsation development during laminar-turbulent transition in supersonic boundary layer // Proceedings of the XXV Conference on High-Energy Processes in Condensed Matter (HEPCM 2017): Dedicated to the 60th anniversary of the Khristianovich Institute of Theoretical and Applied Mechanics SB RAS (Russia, Novosibirsk, 5–9 Jun., 2017) : AIP Conference Proceedings. – Vol.1893, No.1. – S.l.: AIP Publishing, 2017. – 030073 p. DOI 10.1063/1.5007531.

17. Kosinov A. D., Semionov N. V., Yermolaev Yu. G. Disturbances in test section of T-325 supersonic wind tunnel. Novosibirsk. 1999. 24 p. (Preprint Institute of Theoretical and Applied Mechanics, No 6–99).

18. Panina A. V., Kosinov A. D., Semionov N. V., Yermolaev Yu. G. On introduction of controlled disturbances into a longitudinal vortex in a supersonic boundary layer // AIP Conference Proceedings: XIX International Conference on the Methods of Aerophysical Research (ICMAR 2018) (Novosibirsk, Russia, 13–19 Aug., 2018). Vol.2027, No.1. AIP Publishing, 2018. 040077(4) p.

19. Косинов А. Д., Семенов Н. В., Яцких А. А., Ермолаев Ю. Г., Питеримова М. В. Экспериментальное исследование взаимодействия слабых ударных волн со сверхзвуковым пограничным слоем плоской затупленной пластины при числе Маха 2 // Сибирский физический журнал. 2018. Т. 13. № 3. С. 16–23.

20. Питеримова М. В., Яцких А. А., Косинов А. Д., Семенов Н. В., Ермолаев Ю. Г. Экспериментальное исследование воздействия слабых ударных волн на ламинарнотурбулентный переход в сверхзвуковом пограничном слое плоской пластины // Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии: тезисы докладов XIII Всероссийской конференции молодых ученых (Новосибирск–Шерегеш, 15–22 марта 2019 г.). Новосибирск, 2019. С. 130–131.

21. Семисынов А. И., Косинов А. Д. Применение спектров высокого порядка и статистических методов для изучения нелинейной стадии перехода в сверхзвуковом пограничном слое. Новосибирск, 2002. 39 с.