ФИЗИЧЕСКИ ОБОСНОВАННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЛАМИНАРНО-ТУРБУЛЕНТНОГО ПЕРЕХОДА В СВЕРХЗВУКОВЫХ ПОГРАНИЧНЫХ СЛОЯХ (этап 2, заключительный)

Выполнено детальное сравнение численных расчетов характеристик волновых пакетов, возбуждаемых частицами в пограничном слое на остром клине, с результатами теоретической модели. Выполнено численное моделирование восприимчивости к твёрдым микрочастицам, проникающим в ударный слой около цилиндрического притупления пластины (число Маха набегающего потока M=6). Показано, что увеличение прицельного расстояния частиц приводит к монотонному увеличению интенсивности возбуждаемого волнового пакета.Из численных экспериментов следует, что очень маленькие частицы (с радиусами порядка 1 мкм) могут достигать поверхности притупленного носка и возбуждать неустойчивые волновые пакеты. Последние экспоненциально растут вниз по потоку и при интегральных усилениях N~10 способны порождать турбулентные пятна. Проведен теоретический анализ восприимчивости сжимаемого пограничного слоя к кинетическим (тепловым) флуктуациям газа. Получено физически обоснованное аналитическое решение, которое не содержит эмпирических констант. С его помощью можно быстро рассчитать начальные амплитуды неустойчивых мод, возбуждаемых тепловыми флуктуациями и в рамках амплитудного метода предсказать верхнюю границу для числа Рейнольдса начала ЛТП. Развита гибридная LST-RANS для целостного моделирования ламинарно-турбулентного перехода на двумерных (или осесимметричных) и трехмерных конфигурациях. Для двумерных пограничных слоев модель верифицирована путем сравнения с большим количеством экспериментальных данных на телах канонических конфигураций (пластина и конус под нулевым углом атаки, конус под различными углами атаки) при числах Маха 0,1; 0,6; 3,5; 4,8; 5; 6; 6,5 и различных числах Рейнольдса и температурных факторах обтекаемой поверхности. Выполнено прямое численное моделирование турбулентных пятен на пластине при числе Маха 6 и нескольких температурных факторах обтекаемой поверхности. Результаты выполненных расчетов согласуются с известными расчетно-экспериментальными данными. Совокупность этих данных дает возможность предсказывать скорости переднего и заднего фронта турбулентного пятна, а также угол его раскрытия в трансверсальном направлении в диапазоне местных чисел Маха от 0 до 9 и температурных факторов Tw/Tad обтекаемой поверхности от 0,2 до 1.