Влияние волн разрежения на восприимчивость сверхзвукового пограничного слоя к акустическим возмущениям набегающего потока

Летательные аппараты (ЛА) движутся на крейсерском режиме, как правило, на малых положительных углах атаки. При этом на верхней (подветренной) поверхности ЛА формируется течение разрежения. Явления, связанные с ламинарно-турбулентным переходом (ЛТП) на подветренной стороне ЛА, представляются крайне важными, но при этом малоизученными. Переход к турбулентности – сложный нестационарный процесс, зависящий от большого числа параметров и развивающийся по разным сценариям. Т.к. этот процесс зависит от спектрального состава и уровня возмущений набегающего потока, полное моделирование натурных условий не возможно в эродинамических трубах, в особенности при больших скоростях потока. Поэтому задачи исследования начальных стадий ЛТП, таких как восприимчивость и неустойчивость течения в маловозмущенном потоке, являются актуальными.Целью проекта является исследование физических механизмов, лежащих в основе восприимчивости и усиления неустойчивых мод пограничного слоя на подветренной стороне пластины, обтекаемой под углом атаки сверхзвуковым потоком газа. Предполагается рассмотреть случаи относительно больших чисел Маха (M~6) и холодной стенки, при которых доминируют плоские (двумерные) неустойчивые волны второй моды, а также малых чисел Маха (M~3) и температуры стенки близкой к адиабатической температуре, при которых доминируют наклонные (трехмерные) волны первой моды. Предлагается исследовать влияние веера волн разрежения на механизмы восприимчивости к акустическим возмущениям набегающего потока и неустойчивости сверхзвукового пограничного слоя. Ранее проводились исследования влияния головного скачка уплотнения, образующегося на наветренной стороне пластины, на восприимчивость пограничного слоя. Было показано, что даже слабый скачок уплотнения, образующийся при малых углах атаки или при нулевом угле атаки за счет вязко-невязкого взаимодействия, значительно влияет на акустическое поле и процесс восприимчивости в окрестности передней кромки пластины. Аналогичная задача восприимчивости на подветренной поверхности пластины, где формируется веер волн разряжения, до сих пор не решалась. Предлагаемый проект восполняет этот пробел. Процесс восприимчивости будет детально исследован с помощью прямого численного моделирования.Основным результатом исследования будут коэффициенты восприимчивости, равные отношению амплитуды неустойчивости на нижней (или верхней) ветви нейтральной кривой к амплитуде внешней акустической волны. Также будут получены зависимости этих коэффициентов от частоты и ориентации волнового вектора внешней акустической волны. С их помощью можно вычислять начальные амплитуды неустойчивых мод и, используя линейную теорию устойчивости, предсказывать начало ЛТП в рамках физически обоснованного амплитудного метода.