Экспериментальное исследование развития и взаимодействия мод неустойчивости поперечного течения в трехмерном пограничном слое

• Автор: Гапоненко, Василий Рудольфович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 1998
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 235 с. : ил.

Оглавление

Основные условные обозначения
Введение
Глава I. Обзор исследований проблемы возникновения турбулентности в трехмерном пограничном слое на скользящих крыльях
1.1. Характер л аминарно-турбулентного перехода
на скользящих крыльях
1.2. Линейная устойчивость и восприимчивость
поперечного течения
1.3. Нелинейные стадии развития неустойчивостей
Глава П. Совершенствование методов экспериментального
исследования устойчивости и перехода в трехмерных пограничных слоях
2.1. Аэродинамическая труба, модель скользящего крыла
и структура среднего потока
2.2. Новые методы возбуждения мод неустойчивости контролируемого частотно-волнового спектра
2.3. Линейный источник трехмерных нормальных
бегущих мод неустойчивости пограничного слоя
2.4. Возбуждение стационарных мод неустойчивости поперечного течения большой амплитуды
2.5. Методика углубленного анализа экспериментальных данных при исследовании перехода в трехмерном пограничном слое

Глава III. Устойчивость трёхмерного пограничного слоя
к нестационарным возмущениям
3.1. Характеристики среднего потока в условиях экспериментов но линейной устойчивости
3.2. Методика экспериментов с контролируемыми возмущениями
3.3. Эволюция возмущений вниз по потоку
3.4. Волновые спектры и дисперсионные свойства
бегущих мод неустойчивости
3.5. Инкременты нарастания бегущих мод
неустойчивости
3.6. Собственные функции мод неустойчивости
поперечного течения
3.7. Фазовые и групповые скорости мод
поперечного течения
3.8. Зависимость характеристик устойчивости от частоты. Сопоставление с результатами, полученными
для стационарных возмущений
Глава IV. Начальные стадии перехода к турбулентности
в пограничпом слое скользящего крыла
4.1. Характеристики среднего потока
4.1.1. Потенциальное течение
4.1.2. Пограничный слой
4.2. Методика экспериментов по взаимодействию стационарных мод неустойчивости с бегущими
волнами сплошного спектра

4.3. Свойства генерируемых возмущений и основные
режимы измерений
4.3.1. Спектры сигналов, используемых для возбуждения бегущих случайных возмущений
4.3.2. Основные режимы измерений
4.3.3. Типичные спектры бегущих волн неустойчивости
и их анализ
4.4. Возмущения в пограничном слое вблизи источника
4.4.1. Начальные спектры бегущих волн
4.4.2. Профили но нормали к стенке
4.4.3. Поперечные распределения
4.5. Развитие процесса перехода к турбулентности
4.5.1. Эволюция возмущений вниз но потоку
4.5.2. Эволюция возмущений в пиках интенсивности
4.5.3. Структура нолей возмущений на поздних стадиях
в режимах 01 и
4.5.4. Возможные физические механизмы взаимодействия возмущений
4.5.5. Зависимость положения начала перехода
от амплитуд возмущений
Глава V. Резонансное взаимодействие стационарных и бегущих
нормальных мод неустойчивости поперечного течения
5.1. Методика экспериментов и режимы измерений
5.2. Свойства возмущений, возбуждаемых
в пограничном слое
5.3. Развитие и взаимодействие стационарных и бегущих нормальных мод неустойчивости
5.4. Фазовый синхронизм в резонансных триплетах
вихрей и волн неустойчивости

На Рис. 2.4 приведены зависимости угла поворота потенциального потока у (отсчитываемого от оси х) от продольной координаты, полученные в [62] для различных значений координаты z для двух значений скорости набегающего потока. Совокупность всех экспериментальных точек на графике аппроксимирована кубическим полиномом. Из рисунка в частности видно, что в области основных измерений устойчивости течения (х = 563,5 -г 603,5 мм при z = 0) угол поворота потока меняется на величину равную примерно 0,3 градуса и в среднем составляет -2,15°.
На Рис. 2.5 приведены профили по нормали к стенке для £/*- и W*-компонент вектора скорости потока внутри пограничного слоя, а также для угла его поворота у*. Профили получены в сечении х' = 518,9 мм (что соответствует л=572,5 мм, при z = 0), на расстоянии г = 19,3 и 6,1 мм от центральной линии пластины, при скорости потока 1Л» = 8,76 м/с. Линиями на рисунках показаны результаты расчетов, выполненных Федоровым [62] для этой модели с использованием только экспериментального распределения скорости потенциального потока на границе пограничного слоя по координате Л' и В предположении выполнения условия скольжения Wо = const. Хорошее согласование эксперимента и теории подтвердили адекватность течения в пограничном слое модели течению па скользящем крыле в области ускорения потока.
2.2. Новые методы возбуждения мод неустойчивости контролируемого частотно-волнового спектра
Как уже отмечалось выше, наиболее значимые результаты по устойчивости ламинарных течений, нелинейному взаимодействию возмущений, изучению природы когерентных структур и ламинарно-турбулентного перехода удаётся получить в экспериментальных исследованиях, проводимых в малотурбулентных и малошумных аэродинамических установках в, так-