Устойчивость высокоскоростного пограничного слоя на пластине с сублимацией графитового покрытия
С.А. Гапонов, Б.В. Смородский
Институт теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН, Новосибирск, Россия
gaponov@itam.nsc.ru
Ключевые слова: высокоскоростной пограничный слой, гидродинамическая устойчивость, ламинарно-турбулентный переход, бинарная газовая смесь, сублимация
Страницы: 441-460
Аннотация
В статье представлены результаты теоретического исследования характеристик сжимаемого пограничного слоя в условиях полета в атмосфере возвращаемых космических аппаратов при числах Маха набегающего потока 6≤M≤10 при сублимации материала поверхности плоской пластины. В качестве вещества сублимирующего покрытия принят углерод в виде графита. В силу того, что увеличение скорости полета приводит к повышению температуры поверхности, возрастает скорость уноса массы углерода, а температура стенки в результате испарения материала снижается в сравнении со случаем обтекания пластины без сублимации. Это приводит к повышению плотности газовой смеси в облаке паров сублимирующего вещества вблизи стенки, благодаря чему устойчивость высокоскоростного пограничного слоя по отношению к возмущениям первой моды повышается. Что касается второй моды, то уменьшение скорости ее пространственного нарастания при увеличении числа Маха набегающего потока замедляется за счет сублимации материала поверхности. Для оценки положения ламинарно-турбулентного перехода проводились расчеты по методу eN . Расчеты показали, что при числе Маха M = 6 сублимация поверхности не влияет на переход, который определяется ростом трехмерных возмущений первой моды. Повышение числа Маха до M = 8 и выше приводит к тому, что темп роста возмущений вниз по потоку уменьшается, доминировать в переходе начинает двумерная вторая мода неустойчивости. Сублимация графитового покрытия оказывает дестабилизирующее влияние относительно возмущений второй моды, ускоряя тем самым переход пограничного слоя в турбулентное состояние.
|
