Исследование восприимчивости гиперзвукового ударного слоя на пластине к акустическим возмущениям

• Автор: Цырюльников, Иван Сергеевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2007
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 177 с. : ил.

АННОТАЦИЯ
В диссертационной работе приведены результаты экспериментального исследования волновых характеристик возмущений плотности в гиперзвуковом вязком ударном слое на пластине с острой передней кромкой под нулевым углом атаки, обтекаемой потоком азота при числе Маха 21 и единичном числе Рейнольдса 6Т05 1/м, при различных величинах
температурного фактора поверхности модели в диапазоне 0,08 ч- 0,5. Исследования дополнены измерениями полей средней плотности и числа Маха в ударном слое. Эксперименты выполнены как для естественных возмущений потока аэродинамической трубы, так и для искусственных периодических возмущений в свободном потоке и в ударном слое пластины. В работе впервые показано, что для данных условий в потоке в гиперзвуковом ударном слое под воздействием возмущений внешнего потока и возмущений, вводимых в ударный слой с передней кромки пластины, возникают и развиваются вихревые возмущения, которые формируют поле пульсаций плотности. Впервые экспериментально продемонстрирована возможность интерференционного управления интенсивностью возмущений в ударном слое с помощью контролируемых периодических возмущений, вводимых в ударный слой с передней кромки пластины. Результаты экспериментов сопоставлены с результатами линейной теории взаимодействия акустических волн с ударной волной и данными прямого численного моделирования возмущений на основе полных нестационарных уравнений Навье-Стокса.
В диссертации также описаны методические исследования по совершенствованию методов диагностики возмущений плотности в разреженных потоках, созданию методов и устройств введения в свободный гиперзвуковой поток и ударный слой контролируемых возмущений определенной моды.

Список обозначений
ГЛАВА 1. Обзор исследований по восприимчивости и развитию возмущений в гиперзвуковом пограничном и ударном слое
1.1. Экспериментальные исследования возмущений в 19 гиперзвуковом пограничном и ударном слое
1.2. Теоретические исследования устойчивости гиперзвукового 28 пограничного и ударного слоя
1.3. Выводы
ГЛАВА 2. Экспериментальное оборудование и методы диагностики
2.1. Гиперзвуковая азотная аэродинамическая труба Т-327А
2.1.1. Газодинамический тракт установки
2.1.2. Электронно-пучковая система диагностики
2.2. Г иперзвуковая аэродинамическая труба Т-327Б
2.3. Методы и аппаратура для измерения средней плотности и
пульсаций плотности, методы обработки сигналов
2.3.1. Оптическая система регистрации
2.3.2. Методика обработки пульсационной составляющей сигнала оптической системы регистрации
2.3.3. Модели пластин
2.3.4. Схемы измерений электронным пучком в ударном слое на пластине
2.3.5. Методики восстановления средней плотности и пульсаций плотности по интенсивности флюоресценции при нормальном падении пучка электронов
2.3.6. Измерения трубкой Пито
2.3.7. Кососрезный газодинамический свисток
2.3.8. Схема введения контролируемых периодических возмущений в ударный слой на пластине
2.4. Прямое численное моделирование возмущений в гиперзвуковом
ударном слое на пластине
2.5. Выводы
ГЛАВА 3. Исследование волнового поля контролируемых
периодических возмущений в гиперзвуковом потоке
3.1. Постановка экспериментов и измерений
3.2. Результаты измерений. Источник акустических возмущений в форкамере установки

3.2.1. Гиперзвуковой поток Мх=5
3.2.2. Гиперзвуковой поток N{«,=21
3.3. Результаты измерений. Источник акустических возмущений в гиперзвуковом потоке
3.3.1. Гиперзвуковой поток Ма,=5
3.3.2. Г иперзвуковой поток Моо=21
3.4. Анализ результатов
3.5. Выводы
ГЛАВА 4 Исследование восприимчивости гиперзвукового ударного слоя на пластине к естественным и контролируемым периодическим возмущениям
4.1. Преобразование возмущений на ударной волне. Влияние угла
распространения
4.1.1. Постановка аналитической задачи 10<5
4.1.2. Постановка задачи прямого численного моделирования
4.1.3. Результаты численного моделирования без учета вязкости НА
4.2. Восприимчивость гиперзвукового вязкого ударного слоя к
естественным возмущениям внешнего потока. Влияние
температурного фактора поверхности модели
4.2.1 Параметры среднего течения в вязком ударном слое на
пластине I24
4.2.2. Восприимчивость гиперзвукового вязкого ударного слоя к естественным возмущениям внешнего потока при Т№/То = 0,25
4.2.3. Влияние температурного фактора поверхности модели на восприимчивость гиперзвукового вязкого ударного слоя к естественным возмущениям внешнего потока
4.3. Восприимчивость гиперзвукового вязкого ударного слоя к
контролируемым периодическим возмущениям
4.3.1. Развитие периодических контролируемых возмущений в гиперзвуковом вязком ударном слое на пластине
4.3.2. Восприимчивость вязкого ударного слоя на пластине к акустическим контролируемым возмущениям в свободном потоке
4.4. Обсуждение результатов
4.5. Активное управление восприимчивостью ударного слоя к
акустическим возмущениям внешнего потока
4.6. Выводы
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА

Измерения в реальных условиях гиперзвукового потока показали, что основная ошибка измерений это статистическая ошибка, связанная с малыми световыми интенсивностями. Дополнительное уменьшение статистических ошибок производилось путем усреднения по серии измерений.
В одноточечных измерениях определяются распределения интегральных и спектральных характеристик пульсаций плотности, в том числе спектры пульсаций п '(F) /пх в точках по двум координатам. По ним могут быть вычислены спектры инкрементов волн плотности a/F).
(2.4) „l(p)=0,5^M: S = 7RÎ7; ,
Здесь f F - размерная частота и безразмерный частотный параметр; Ue -скорость потока. Индекс «е» выделяет параметры за ударной волной.
При использовании метода периодических контролируемых возмущений в эксперименте определяется сдвиг фаз между сигналом фотоумножителя и опорным сигналом источника периодических возмущений А(р и, по известному расстоянию между точками измерений, вычисляется нормированная фазовая скорость возмущений (например, продольная фазовая скорость Сх)
(2.5) С
г Ь<Рг-и<
При использовании метода контролируемых периодических возмущений также производилось вычисление амплитудных A(j3) и фазовых <р(Р) спектров по поперечным волновым числам Д так называемых Д-спектров, (Д = 2я/Лг, где /1^ - длина волны в направлении трансверсальной координаты Z) с использованием спектрального окна Хэмминга W(z). Спектральное окно представляет собой косинус приподнятый на высоту 0,5. Его использование подавляло осцилляции в Дспектрах из-за конечности ширины области