Оценка работоспособности системы отрицательного массообмена на прямом крыле

Автор: Анастасия Владимировна Берначук

Соавторы: Чувахов Павел Вдадимирович, Фёдоров Александр Витальевич

Организация: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (Жуковский), Московский физико-технический институт (НИУ) (Долгопрудный)

Снижение сопротивления трения является одним из способов экономии топлива на авиалайнерах. Интегральный вклад сопротивления трения определяется положением начала ламинарно-турбулентного перехода (ЛТП): чем дальше начало ЛТП от передней кромки тела, тем меньше вклад в общее сопротивление. Оценки показывают, что ламинаризация обтекания крыла может дать до 25% снижения полного сопротивления [1]. Одним из эффективных способов ламинаризации пограничных слоев (ПС) является отрицательный массообмен.

В данной работе представляются результаты исследования работоспособности системы отрицательного массообмена, показанной на рис. 1. Предполагается, что система устанавливается на прямое адиабатически прогретое крыло, с острой передней кромкой и параболическим профилем, толщиной 5%.  Система отрицательного массообмена представляет собой тонкий канал, который сообщается с внешним течением через верхнюю проницаемую стенку и открытый конец вблизи хвостовой части крыла (рис. 1б). Массообмен через пористую стенку реализуют пассивным образом: за счёт перепада давления на поверхности крыла и в его хвостовой части газ из ПС проникает в канал системы и движется там по направлению к выходному правому концу канала (Рис. 1а).

аб

Рис. 1. Система отрицательного массообмена (ОМ) на верхней части профиля: распределение давление над параболическим профилем (а), схема системы и её габариты (б).

Для проведения инженерных оценок была разработана квазиодномерная модель течения в канале предложенного покрытия [2], модель была верифицирована путём решения двумерных полных уравнений Навье-Стокса с использованием пакета программ [3] и использовалась для проведения параметрических исследований. С помощью линейной теории устойчивости было показано, что когда отношение высоты канала  к высоте проницаемой стенки  равняется 10, то можно ожидать уменьшение роста амплитуды возмущений примерно на порядок по сравнению с обтеканием профиля без предложенной системы отрицательного массообмена.

Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект №23-79-10072).

1. Устинов М.В. Ламинарно-турбулентный переход в пограничном слое. Ч.2. / М.В. Устинов // Учёные записки ЦАГИ, Т. 45. — 2014. — №6. — c.3-27.

2. Bernachuk A.V., Chuvakhov P.V., Fedorov A.V. Flow in a pipe with gas inflow // 22-st International Conference on the Methods of Aerophysical Research (ICMAR 2024). SB RAS, Novosibirsk, 2024.  — p.29-30.

3. Новиков, А.В. Численное моделирование устойчивости и ламинарно-турбулентного перехода в гиперзвуковом пограничном слое: дис. ... д-р физ.-мат. наук: 01.02.05 : защищена ... : утв. .... / Новиков Андрей Валерьевич. — Жуковский, 2017. – 229 с.