Анализ развития возмущений в сверхзвуковом пограничном слое с использованием метода разложения по динамическим модам
Московский физико-технический институт
Интерес к проблеме ламинарно-турбулентного перехода (ЛТП) обусловлен её важностью как для фундаментальной науки, так и для авиационной индустрии. Исследования ЛТП в сверхзвуковом пограничном слое ведутся особенно интенсивно, поскольку с ним связан резкий рост трения и теплообмена, что существенно сказывается на характеристиках летательного аппарата.
Целостное изучение всех стадий ЛТП возможно с использованием прямого численного моделирования (ПЧМ). Однако возникает проблема анализа получаемых результатов ввиду колоссального объёма данных. Это привело к появлению методов модального анализа, суть которых заключается в разложении сложного течения на более простые структуры. В данной работе к анализу данных ПЧМ применяется один из таких методов – метод разложения по динамическим модам (DMD) [1].
Исследование направлено на изучение развития возмущений в сверхзвуковом пограничном слое на плоской пластине. Возмущения вводятся в пограничный слой генератором массового расхода, расположенным вблизи передней кромки и работающем на фиксированной частоте в течение одного периода, и представляют собой волновой пакет первой моды. Параметры набегающего потока выбраны в соответствии с полётными условиями на высоте 20 км при числе Маха 3. ПЧМ произведено на основе решения нестационарных уравнений Навье-Стокса для сжимаемого газа [2]. С использованием DMD выполнен анализ двумерных полей возмущений продольной скорости и давления [3]. На основе извлечённых динамических мод сделан вывод об экспоненциальном росте амплитуды возмущений на линейной стадии. Выявлены продольные структуры, являющиеся признаком начала нелинейной стадии ЛТП. На рисунке представлены поля возмущений и доминантных мод.
Работа выполнена при финансовой поддержке РНФ (проект №23-79-10072).
1. Schmid P. J. Dynamic mode decomposition of numerical and experimental data // J. Fluid Mech. 2010. V. 656. P. 5–28
2. Новиков А. В. Численное моделирование устойчивости и ламинарно-турбулентного перехода в гиперзвуковом пограничном слое: дис. … д-ра физ.-мат. наук: 01.05.02. Жуковский, 2017. – 229 с
3. И. В. Егоров, В. Ю. Елкин, И. М. Илюхин, С. Т. Калугин, Н. В. Пальчековская, Г. В. Толоко. Применение метода разложения по динамическим модам для численного моделирования ламинарно-турбулентного перехода // Учёные записки ЦАГИ. 2026. Т. ⅬⅤⅡ, №3. С. 3-11 [Принята к публикации]
