Семинар по фундаментальным проблемам аэродинамики в формате видеоконференции ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского, ИТПМ СО РАН, СПбПУ, ИМех МГУ

Тема: Спонтанное излучение акустических волн неустойчивостью гиперзвукового пограничного слоя

Автор: Александр Витальевич Федоров (МФТИ) fedorov@falt.ru

При низких уровнях возмущений набегающего потока и возмущений, индуцированных стенкой, ламинарно-турбулентный переход обусловлен возбуждением и нарастанием неустойчивых мод пограничного слоя (первой и второй мод Мэка, неустойчивостью поперечного течения и т.п.). Для типичных условий гиперзвукового полета температура обтекаемой поверхности много меньше температуры торможения. В докладе обсуждаются новые свойства, которые проявляет неустойчивость гиперзвукового пограничного слоя на таких режимах. С помощью линейной теории устойчивости показано, что вторая мода может излучать акустические волны во внешний поток. Этот эффект, который называется спонтанным излучением звука, обусловлен синхронизацией второй моды с медленными акустическими волнами непрерывного спектра. Теоретические результаты подтверждаются прямым численным моделированием волновых поездов (рис. 1) и волновых пакетов (рис. 2), распространяющихся в пограничном слое на пластине при числе Маха набегающего потока 6 и относительной температуре стенки Tw/Te = 0.5. Неоднородное распределение компонентов волнового пакета приводит к сложной структуре внешнего акустического поля. Спонтанное излучение, в свою очередь, существенно влияет на развитие волнового пакета, вызывая его продольное растяжение, модуляцию и стабилизацию. Предполагается, что этот эффект может влиять на развитие неустойчивости и, как следствие, на начало ламинарно-турбулентного перехода.

Рисунок 1. Поле возмущений давления (а) и его распределение на стенке (b) для волнового поезда, излучающего акустические волны

Рисунок 2. Поле возмущений давления (a) и его распределение на стенке (b) для волнового пакета на режиме спонтанного излучения звука