Совершенствование методов прогноза положения перехода к турбулентности в пограничном слое на скользящем крыле
Автор: Дмитрий Алексеевич Мищенко
Соавторы: А.В. Бойко, В.И. Бородулин, А.В. Иванов, С.В. Кирилловский, Т.В Поплавская
Организация: ИТПМ СО РАН
В докладе представлены результаты экспериментального и численного моделирования трехмерного дозвукового ламинарно-турбулентного обтекания модели стреловидного крыла «СК45» [1] с углом стреловидности χ = 45° и хордой С = 700 мм, установленного под углом атаки α = −5° к набегающему потоку (со скоростью Q в диапазоне от 20 до 48 м/c) в рабочей части малотурбулентной аэродинамической трубы Т-324 ИТПМ СО РАН.
При помощи оригинального метода количественной термометрии [2], получена обширная экспериментальная база данных о положении и характеристиках ламинарно-турбулентного перехода (ЛТП) на стреловидном крыле, вызванного развитием стационарных вихрей поперечного течения (CF-вихрей), инициируемых распределенными шероховатостями с детально задокументированными характерис-тиками. В проведенных экспериментах варьировались высота и тип шероховатости, ее спектральный состав, положение и протяженность вдоль хорды СК45. Численное моделирование задачи проводилось с помощью вычислительной технологии интеграции газодинамического пакета ANSYS Fluent с модулем LOTRAN [3]. Для определения пороговых значений N-факторов перехода использовались экспериментальные данные. Получены зависимости критических N-факторов для CF-вихрей в широком диапазоне скоростей течения, типов и высот шероховатостей, а также их положения. Получены обобщающие зависимости критических N-факторов от среднеквадратичных высот шероховатостей hrms для средневзвешенных положений начала (MTrO) и конца (MTuO) ЛТП, а также появления первого турбулентного клина (UTrO) и окончательного формирования полностью турбулентного погранслоя (DTuO). Получена оценка безразмерных величин hrms для начала нелинейной восприимчивости погранслоя к таким шероховатостям. На рис. приведен характерный пример определения линий начала и конца ЛТП по термограмме обтекаемой поверхности (a), а также соответствующих кумулятивных функций распределения вероятности для этих линий (b).
Работа выполнена при поддержке РНФ (Грант No. 23-19-00644).
1. Borodulin, V. I., Ivanov, A. V., and Kachanov, Y. S. Roughness induced transition delay in a swept-wing boundary layer in presence of freestream disturbances, Part 1: Turbulence effects // European Journal of Mechanics - B/Fluids, Vol. 103, 2024, pp. 193–207.
2. Boiko, A. V., Ivanov, A. V., Borodulin, V. I., and Mischenko, D. A. Quantification technique of transition to turbulence in boundary layers using infrared thermography // International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 183, No. Part A, 2022, pp. 122065.1–122065.11.
3. Boiko, A. V., Demyanko, K. V., and Nechepurenko, Y. M. On computing the location of laminar–turbulent transition in compressible boundary layers // Russian Journal of Numerical Analysis and Mathematical Modelling, Vol. 32, No. 1, 2017, pp. 1–12.
