Управление ламинарными и переходными отрывными течениями с помощью электрического разряда при сверхзвуковых скоростях полета

Проект посвящен созданию нового метода управления отрывными течениями, возникающими в трансзвуковых и сверхзвуковых потоках при взаимодействии ударной волны с ламинарным пограничным слоем. Актуальность проекта обусловлена необходимостью улучшения летных характеристик разрабатываемых летательных аппаратов. Перспективные авиалайнеры должны обладать лучшей топливной эффективностью и одним из путей решения этой проблемы является использование ламинаризированных течений. При обтекании транс- и сверхзвуковых летательных аппаратов формируются ударные волны, которые при взаимодействии с ламинарным пограничным слоем способны привести к образованию нестационарных отрывных зон. Это приводит к росту аэродинамического сопротивления и может отрицательно влиять на безопасность полета, как в случае возникновения трансзвукового бафтинга. Использование активных методов управления течением, основанных на локальной турбулизации пограничного слоя электрическим разрядом, позволит устранить негативные эффекты, связанные с ламинарным отрывом. При этом, в отличие от использования механических турбулизаторов, ламинарный режим обтекания сохраняется на максимально протяженном участке, что позволяет снизить вредное сопротивление. Для создания активных методов управления необходимо выполнение фундаментальных исследований, которые позволят улучшить понимание механизма генерации и развития возмущений от электрического разряда и взаимодействия этих возмущений с отрывной областью. Основная идея проекта основана на результатах недавних исследований, в ходе которых изучалось влияние состояния набегающего пограничного слоя на область взаимодействия пограничного слоя с падающей ударной волной при малом сверхзвуковом числе Маха М=1.4. Было установлено, что наименьшее влияние ударной волны на пограничный слой, вплоть до полного подавления отрыва потока, и слабое нарастание толщины пограничного слоя в следе наблюдаются при переходном (от ламинарного к турбулентному) состоянии набегающего пограничного слоя с малым значением перемежаемости. Попытки реализовать этот режим течения с использованием различных стационарных механических турбулизаторов не увенчались успехом. В ходе выполнения экспериментальной части проекта планируется впервые использовать возмущения, генерируемые электрическим разрядом для прояснения механизма взаимодействия турбулентных пятен с ламинарной отрывной областью и областью следа за ударной волной. В результате будут определены параметры и режимы работы плазменных актуаторов, позволяющие добиться наилучшего подавления отрывной области. В работе будет использоваться комплексный экспериментально-численный подход для решения поставленной задачи. Эксперименты в аэродинамической трубе будут сопровождаться прямым численным моделированием исследуемых течений. Поскольку развитие вычислительных технологий является критически важной задачей для обеспечения лидерства в области аэрокосмических исследований, в рамках проекта будет проходить дальнейшее развитие вычислительного кода, разрабатываемого в ИТПМ СО РАН, позволяющего проводить прямое численное моделирование переходных течений на графических ускорителях.