Экспериментальное исследование нелинейных стадий перехода в сверхзвуковом пограничном слое при естественных возмущениях

• Автор: Семисынов, Александр Ильич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Место защиты: Б. м.
• Количество страниц: 157 с. : ил

ОГЛАВЛЕНИЕ

Перечень основных обозначений
Введение
Глава I. Об исследованиях ламинарно-турбулентного перехода в сверхзвуковом пограничном слое
1.1. Основные результаты теории устойчивости сверхзвукового пограничного слоя
1.2.0 результатах экспериментальных исследований устойчивости сверхзвукового пограничного слоя
1.3.06 исследованиях Нелинейной стадий перехода
1.4. Результаты теоретических и экспериментальных исследований сверхзвукового течения вдоль передней кромки скользящего крыла
1.5. Выводы по обзору
Глава II. Автоматизация экспериментов и методика цифровой обработки данных при исследовании сверхзвукового пограничного слоя
2.1. Экспериментальное оборудование
2.2. Цифровая обработка данных
2.3. Выводы по II главе 71 Глава III. О линейном и нелинейном развитии естественных возмущений
в сверхзвуковом пограничном слое на плоской пластине
3.1. Модель и схема эксперимента
3.2.Результаты измерений профилей скорости и среднеквадратичных пульсаций при разных Res
3.3. Определение характера развития естественных пульсаций
при ламинарно-турбулентном переходе
3.4.0 спектральном составе пульсаций при ламинарно-турбулентном пепехоле оэ

Глава IV. Экспериментальное исследование ламинарно-турбулентного перехода на скользящем цилиндре в сверхзвуковом потоке
4.1. Модель и схема эксперимента
4.2. Результаты измерений толщины пограничного слоя
4.3. Экспериментальное исследование условий перехода на линии растекания
4.4. Выводы по IV главе 123 Глава V. Биспектральный анализ пульсаций в области нелинейной стадии ламинарно-турбулентного перехода в сверхзвуковом пограничном слое
на плоской пластине и скользящем цилиндре
5.1. Определение характера нелинейного взаимодействия при ламинарно-турбулентном переходе на плоской пластине
5.2. Определение характера нелинейного взаимодействия при ламинарно-турбулентном переходе в течении за шероховатостью
на линии растекания скользящего цилиндра
5.3. Выводы по V главе
Заключение
Литература
Приложение
ПЕРЕЧЕНЬ ОСНОВНЫХ ОБОЗНАЧЕНИЙ
М - число Маха,
Х,У,1- продольная, нормальная и поперечная координаты, и - средняя скорость потока,
- единичное число Рейнольдса,
Т - абсолютная температура, температура потока,
Е^2т$/'(Кеі ■{]„_) - безразмерный частотный параметр,
/- размерная частота,
8 - толщина пограничного слоя,
\£;-(Х-Ке)1!2 - число Рейнольдса, определенное по характерному линейному размеру,
Е - напряжение в диагонали моста термоанемометра,
е - пульсационная составляющая напряжения на выходе термоанемометра, А/- амплитудный спектр,
/ - длина нити датчика термоанемометра, ак - перегрев нити датчика, с! - диаметр нити датчика,
<пг>=<ри> - безразмерная среднеквадратичная величина пульсаций массового расхода, п - вектор нормали,
(0-27^- круговая частота,
Ми - число Нуссельта, р - плотность,
Т„ - температура нагретой нити,
Те - температура восстановления нити,
Т0 - температура торможения,

В экспериментах /21, 28, 126/ впервые получены данные нелинейной неустойчивости сверхзвукового пограничного слоя в контролируемых условиях. Эксперименты /28/ выполнены при М=2 в условиях слабонелинейного приближения, когда вводимые контролируемые возмущения не влияли на положение перехода. Возмущения основной частоты развивались вниз по потоку согласно линейной теории устойчивости, а на частоте субгармоники обнаружено возбуждение сильно трехмерных волн. Показано, что механизмом нелинейного взаимодействия волн неустойчивости является субгармонический резонанс. Однако, в отличие от несжимаемого случая, в сверхзвуковом пограничном слое резонанс происходит для несимметричной триады волн.
Результаты экспериментальных исследований начальной нелинейной стадии взаимодействия возмущений в сверхзвуковом пограничном слое в контролируемых условиях приведены в /20/. В экспериментах /21/ в пограничном слое конуса при М=8 обнаружены нелинейно взаимодействующие возмущения в естественных условиях. Для анализа данных авторы /21/ использовали биспек-тральный анализ осциллограмм пульсаций в пограничном слое и установили нелинейную природу появления высокочастотных возмущений в спектрах пульсаций. С помощью этого метода можно оценить степень взаимодействия волн неустойчивости и определить частоты нелинейно усиливаемых возмущений.
После того, как появились первые экспериментальные данные о характере нелинейного взаимодействия волн в пограничном слое при М>1, стало возможным выполнить расчеты, близкие к условиям эксперимента /28/. В /127, 128/ получены теоретические результаты по субгармонической неустойчивости сверхзвукового пограничного слоя, в которых обнаружен аналогичный с экспериментами механизм взаимодействия волн неустойчивости. В этих работах использовался подход, обобщающий метод осреднения, применяемый обычно для несжимаемого двумерного пограничного слоя /110/. Основу этого метода составляет разложение решения по малому параметру (этот параметр порядка отношения амплитуды возмущения, которое предполагается малым, к параметрам невозмущенного потока) и двухмасштабное разложение продольной координаты. Возмож-