Расчетно-экспериментальное исследование трехмерных эффектов, возникающих при взаимодействии пограничного слоя и затупленного тела в сверхзвуковом потоке

Научный проект нацелен на всестороннее изучение трехмерных явлений, возникающих в сверхзвуковом потоке при натекании пограничного слоя на закрепленное на пластине затупленное тело. Исследование выполняется с применением как экспериментальных, так и численных методик, проводится детальный анализ структуры течения, включая изучение локальных и интегральных характеристик течения, тепловых и динамических нагрузок. Задачи данной направленности встречаются, в частности, в аэрокосмической области при обтекании сверхзвуковым потоком таких элементов летательных аппаратов, как соединения фюзеляжа и крыла, хвостового оперения и других. С практической точки зрения, одной из наиболее важных характеристик является интенсивность теплообмена в области закрепления какого-либо препятствия на обтекаемой поверхности. Известно, что при натекании пограничного слоя на препятствие перед обтекаемым телом возникает обширная отрывная область с системой подковообразных вихрей, формируется отошедший скачок и взаимодействующие с ним косые скачки уплотнения. Это приводит к сложной существенно трехмерной картине течения, особенности которой зависят от большого числа факторов (характеристики набегающего потока, свойства газа, геометрические параметры), при этом наблюдается сильно неоднородное распределение параметров течения, в частности, теплового потока, в области сочленения тела и обтекаемой поверхности, значения которого могут в несколько раз превышать значения в невозмущенном пограничном слое. Детальное представление о структуре потока и правильное предсказания тепловых нагрузок является актуальной и важной для практики задачей, поскольку, в частности, может послужить основой для разработки методов управления образующимися структурами. Отметим, что изучение возникающих сложных трехмерных явлений вязко-невязкого взаимодействия очень интересно и в теоретическом отношении. Рассматриваемая в данном проекте задача является особенно сложной и актуальной с точки зрения проведения экспериментальных исследований, поскольку требует использования высокоскоростных и высокочувствительных методик исследования, а также комплексного подхода, при котором в одном эксперименте должна быть визуализирована с хорошим разрешением и расшифрована сложная ударно-волновая структура обтекания модели вблизи стенки, а также получены данные о силовой и тепловой нагрузке на поверхность тела. Отметим, что в экспериментальных исследованиях сверхзвуковых течения одной из сложных и важных задач является аккуратное измерение тепловых потоков на обтекаемой поверхности. Планируемые эксперименты будут проводиться на ударной трубе ФТИ им. Иоффе, оснащенной новым типов датчиков теплового потока на анизотропных термоэлементах, которые обладают малым временем отклика и хорошо себя зарекомендовали в измерении тепловых потоков в импульсных газодинамических процессах. С другой стороны, сложность существенно трехмерных явлений, изучению которых посвящен проект, обуславливает необходимость проведения совместных экспериментальных и численных исследований, поскольку последние могут дать дополнительную информацию, получение которой в эксперименте затруднено; в свою очередь, проведение эксперимента необходимо, в том числе, для настройки и уточнения численной модели.