Исследование стохастического возбуждения трехмерного пограничного слоя поверхностным диэлектрическим барьерным разрядом
Автор: Александр Янович Котвицкий
Соавторы: Абдуллаев А.А, Моралев И.А., Устинов М.В.
Организация: ОИВТ РАН
Результат управления ламинарно-турбулентным переходом, вызванным неустойчивостью поперечного течения (НПТ), методом внесения в поток контролируемых возмущений [1] определяется характеристиками актуатора, в частности его шумом. Возбуждение модальных возмущений пограничного слоя с помощью поверхностного диэлектрического барьерного разряда (ПДБР) связано с малым коэффициентом импульса c≈0.001, частотным диапазоном 10-100кГц и прецизионностью воздействия [2]. Однако в результате восприимчивости пограничного слоя к стохастической составляющей объёмной силы, обусловленной блужданием микроразрядов вдоль кромки внешнего электрода [3], в дальнем поле возбуждаются нестационарные моды НПТ. Это стимулирует ламинарно-турбулентный переход и ограничивает эффективность управления. Целью работы является исследование шума плазменного актуатора и визуализация в пограничном слое стохастических пакетов. Работа выполнена в дозвуковой низкотурбулентной аэродинамической трубе с разомкнутой рабочей частью при нормальных условиях и скорости набегающего потока 25м/с. Уровень пульсаций скорости составляет 0.04% в полной полосе частот. Трехмерный пограничный слой создавался на модели скользящего крыла с углом стреловидности 40град. и наведенным градиентом давления. Источником стохастических возмущений выступает ПДБР, формируемый на поверхности модели на расстоянии x=117мм от передней кромки. Измерения выполняются методом кросскорреляционной термоанемометрии в сканирующем режиме и панорамного PIV. Исследовано ближнее и дальнее поле пульсаций скорости в следе за локализованным разрядом. Показано, что в ближнем поле за источником формируется волновой пакет лямбда формы, который ниже по потоку трансформируется в две косые волны, представляющее собой бегущие моды (НПТ) (рис. 1а). При этом характер усиление возбуждаемых волн ассиметричен и аналогичен естественным. Характерная полоса и уровень когерентности пульсаций скорости в дальнем поле составляет 200-800Гц и 0.2 соответственно (рис. 1б). Оценка соотношения энергии возмущений, вызванные нестационарностью разряда, к энергии естественных нестационарных волн при уровне турбулентности 0.04% составляет 7%. Структура пакета, созданного разрядом, сопоставлена с возмущениями от одиночной неровности.
Работа выполнена при поддержке гранта Российского Научного Фонда № 24-19-00627.
1. Dörr P., Kloker M., Crossflow transition control by upstream flow deformation using plasma actuators // J. Appl. Phys. 2017. Vol. 121. № 6.
2. Kriegseis J., Simon B., Grundmann S., Towards In-Flight Applications. A Review on Dielectric Barrier Discharge-Based Boundary-Layer Control // Appl. Mech. Rev. 2006. Vol. 68. № 2.
3. Moralev I., Ustinov M., Kotvitskii A., Popov I., Selivonin I., Kazanskii P., Stochastic disturbances, induced by plasma actuator in a flat plate boundary layer // Physics of Fluids. 2022. Vol. 34. № 5.
