МОДЕЛИРОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНОЙ СТАДИИ ЛАМИНАРНО-ТУРБУЛЕНТНОГО ПЕРЕХОДА В СВЕРХЗВУКОВОМ ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ ПРИ НАЛИЧИИ АКУСТИЧЕСКИХ ВОЗМУЩЕНИЙ
Автор: Наталья Владимировна Пальчековская
Организация: Московский физико-технический институт
При низком уровне внешних возмущений ламинарно-турбулентный переход (ЛТП) в пограничном слое на аэродинамически гладкой поверхности развивается по так называемому модальному сценарию: внешние возмущения возбуждают моды пограничного слоя с малыми начальными амплитудами (стадия восприимчивости); неустойчивые моды экспоненциально растут вниз по потоку в соответствии с линейной теории устойчивости (линейная стадия развития неустойчивости); когда амплитуда возмущения достигает порогового уровня, начинается его нелинейный распад, который связывают с началом ламинарно-турбулентного перехода. В настоящей работе рассматривается возбуждение и развитие неустойчивых волн первой моды Мэка [1] на пластине при числе Маха набегающего потока M = 3, температуре стенки близкой к адиабатической и числе Рейнольдса Re = 20000000, характерном для натурного сверхзвукового полета. Рассматривается обтекание плоской пластины под нулевым углом атаки. Основные цели работы: выполнить целостное численное моделирование всех стадий перехода, оценить возможность практической реализации амплитудного метода для предсказания начала перехода. С помощью линейной теории устойчивости были выбраны частота ω = 172.82 и передний угол β = 58° внешних акустических волн, которые возбуждают неустойчивые волны первой моды с примерно одинаковым максимальным интегральным коэффициентом усиления N≈9. Отметим, что рассматриваются режимы, в которых интегральные коэффициенты усиления соответствуют началу перехода при низком уровне фоновых возмущений, характерном для условий полета. Рассматривались как медленные, так и быстрые акустические волны с малой амплитудой давления ε=0.0000004, при которых процесс восприимчивости является линейным с высокой степенью точности [2]. Протяженность области восприимчивости составляет около двух характерных длин волн (Рис. 1) и сосредоточена в малой окрестности передней кромки. В этой области вещественная часть фазовой скорости первой моды быстро сближается с фазовой скоростью медленной акустической волны, что приводит к резонансному режиму возбуждения.
Работа выполнена в Московском физико-техническом институте при финансовой поддержке РНФ (код проекта 23-79-10072).
1. Mack L.M. Boundary-layer stability theory. Part B. Doc. 900-277, JPL, Pasadena, California, May 1969.
2. Fedorov A.V., Palchekovskaya N. Acoustic receptivity of high-speed boundary layers on a flat plate at angles of attack // Theoretical and Computational Fluid Dynamics, 2022, 36(5), P. 705–722.
