Главная – Журналы – Теплофизика и аэромеханика 2025 номер 4

Основной целью работы является экспериментальное изучение механизма слабонелинейного взаимодействия малоамплитудных нестационарных мод неустойчивости поперечного течения пограничного слоя 35-градусного скользящего крыла со стационарными вихрями неустойчивости поперечного течения. В исследуемом потоке доминирует неустойчивость поперечного течения, а неустойчивость Толлмиена - Шлихтинга подавлена благоприятным градиентом давления. Стационарные возмущения большой амплитуды (до 20 % в конце области измерений) возбуждаются элементом шероховатости поверхности. Контролируемые нестационарные возмущения малой амплитуды генерируются в пограничном слое источником возмущений, расположенным выше по потоку от элемента шероховатости. Их амплитуда в основной области взаимодействия не превышает 1 %. Источник возбуждает квазидвумерные (однородные по размаху) волны на низких частотах, соответствующих области первичной неустойчивости поперечного течения. Результаты термоанемометрических измерений показали, что характеристики среднего потока, а также стационарных и нестационарных возмущений не зависят от амплитуды последних. Развитие же нестационарных возмущений очень сильно зависит от присутствия вихрей. Возбуждаемые квазидвумерные волны неустойчивости очень быстро затухают вниз по потоку, а формирующиеся и нарастающие (в определенном диапазоне поперечных волновых чисел) стационарные вихри преобразуют квазидвумерные волны в сильно трехмерные с поперечно-волновым спектром, соответствующим наиболее нарастающим модам неустойчивости поперечного течения. Эта трансформация происходит не локально в ближнем поле неровности поверхности, а распределена в направлении потока. Нарастание амплитуд стационарных возмущений является почти экспоненциальным с зависимостью инкрементов от поперечного волнового числа характерной для мод неустойчивости поперечного течения. В то время как нарастание амплитуд нестационарных мод имеет более сложный, иногда немонотонный характер ввиду их нелинейного взаимодействия. Найдено, что в нормальной потоку и стенке плоскости амплитуды нестационарных возмущений всех частот сильно локализованы в областях высоких величин градиента средней скорости потока по размаху модели. Предложен существенно трехмерный физический механизм слабонелинейной трансформации квазидвумерных волновых возмущений в трехмерные высокоамплитудными стационарными вихрями неустойчивости, аналогичный подъемному (lift-up) эффекту, предложенному ранее для объяснения роста полосчатых структур в двумерных пограничных слоях.