Моделирование противофазного подавления нестационарных вихрей неустойчивости поперечного течения в пограничном слое

Автор: Александр Янович Котвицкий

Соавторы: Моралев И.А., Устинов М.В.

Организация: ОИВТ РАН

При повышенном уровне турбулентности набегающего потока на поверхности стреловидных крыльев происходит комбинированный сценарный ламинарно-турбулентного перехода [1-2]. Нестационарные моды неустойчивости поперечного течения (НПТ) имеют высокий инкремент нарастания по сравнению со стационарными [1] и оказываются определяющими при затягивании перехода. В работе проведено в рамках линейного подхода моделирование снижения амплитуды нестационарных мод НПТ по схеме упреждающего управления, в которой сенсор диагностирует возмущения выше по потоку на x/c=0.1, а актуатор воздействует ниже на x/c=0.4. Контроль качества управления выполняется на x/c=0.6 (рис.1а). Идентификация системы выполняется на численных результатах распространения возмущений в дозвуковом трехмерном пограничном слое на 40 град. стреловидной пластине, рассчитанных с помощью параболизованных уравнений устойчивости для условий аэродинамической трубы Д-3 (ОИВТ РАН). Передаточные функции H21 между входом x1 и выходом x2 системы для каждой временной и пространственной гармоники рассчитывались по ее N-фактору. На основании рассчитанных откликов пограничного слоя на модельное локализованное воздействие [3] разработана численная модель 21-канального актуатора. Расчет управляющего воздействия сводится к задаче линейной регрессии, аналогично управлению амплитудой стационарных вихрей НПТ [4]. Для аппаратной реализации алгоритма управления разработана эффективная схема матричных вычислений, основанная на понижении размерности системы ограниченным базисом наиболее усиливающихся Фурье/сингулярных мод. В постановке моделирования предполагается конечность ширины размаха многоканального актуатора и времени наблюдения. Продемонстрировано снижение амплитуды пакета на 90% (8дБ) в области воздействия актуатора (рис.1б-в). Установлено, что пространственное/ временное разрешение актуатора/сенсора должно быть меньше длины волны/периода целевых возмущений в 4-5 раз, а время реализации сигнала должно соответствовать 3-4 периодам для корректного предсказания фазы сигнала.

Работа выполнена при поддержке гранта Российского Научного Фонда № 24-19-00627.

1. Bippes H., Basic experiments on transition in three-dimensional boundary layers dominated by crossflow instability // Progress in Aerospace Sciences. 1999. Vol. 35. № 4. P. 363-412.

2. Borodulin V. I., et al., Experimental and theoretical study of swept-wing boundary-layer instabilities. Three-dimensional Tollmien-Schlichting instability // Phys. Fluids. 2019. Vol. 31, № 11. P. 1-25.

3. Moralev I., Bityurin V., Firsov A., Sherbakova V., Selivonin I., Ustinov M. Localized micro-discharges group dielectric barrier discharge vortex generators: Disturbances source for active transition control // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 2020. Vol. 234. № 1. P. 42–57.

4. Abdullaev A., Kotvitskii A., Moralev I., Ustinov M. On the Possibility of Cross-Flow Vortex Cancellation by Plasma Actuators // Aerospace. 2023. Vol. 10. № 5.