Стационарный пограничный слой на пластине в газовом потоке, страница 20

Приведем пример активного управления переходом, который был вызван вибрирующей ленточкой, а активное воздействие осуществлялось дополнительной волной генерируемой с помощью периодического вдува – отсоса. В случае малых амплитуд возмущений было обнаружено, что при сдвиге фаз одной волны относительно другой, равном 180 градусов,

происходит интенсивное подавление волны неустойчивости, вызванной колебаниями ленточки (рис. 33). На рисунке показан переход, вызванный естественной волной (1), переход естественной и искусственной волной в фазе (2) и переход когда естественная и искусственная волна находятся в противофазе (3).

Цепь активного управления  включает в себя датчики, анализаторы и активаторы. Активное управление переходом существенно отличается от пассивного, основанного на изменении профиля средней скорости и повышении предела устойчивости. При активном управлении переходом, уничтожаются или по крайней мере, уменьшаются по амплитуде неустойчивые возмущения из-за суперпозиции волн. Для управления ламинарно-турбулентным переходом можно использовать любые способы введения возмущений в пограничном слое, если переход вызывается за счет линейной неустойчивости. Для этого нужно создать устройство (активатор), которое эффективно генерирует другую волну той же амплитуды, но с противоположной фазой.

Управление ламинарно-турбулентным переходом в пограничных слоях основанное на разрушении неустойчивых волн было предметом многих недавних экспериментов. В этих работах возмущения в пограничном слое возбуждались различными устройствами воздействия (вибрирующей лентой, системой нагревательных элементов или звуком). Управляющая волна, созданная вторым активатором, расположенным ниже по потоку. В этих экспериментах была обнаружено, что очень важно выбрать подходящий активатор. Так, вибрирующая лента обладает инерцией и введение поперечных модуляций таким активатором затруднено. Периодический вдув-отсос через маленькие отверстия, нагрев системой вделанных в поверхность элементов или локализованные вибрации - потенциально более обещающие активаторы.

В подходе, описанном выше, основным предположением является то, что естественный переход вызывают возмущения, которые имеют некоторые доминирующие волны и их можно отождествить с простыми  волнами. Предполагается, что в спектре этих возмущений существуют волны с дискретными частотами. В этом случае необходимо провести спектральный анализ по частотам и, если волна трехмерная,  по пространству (найти волновое число). Для двумерных возмущений можно использовать лишь один датчик, тогда как для определения фазы, амплитуды и наклона даже простейших наклонных плоских волн, нужно использовать как минимум два датчика. Исследования показали, что разрушение волн за счет суперпозиции имеет смысл только тогда, когда возмущения все еще относительно малы и их рост определяется линейным законами.

Из сказанного следует, что необходимо изучить применимость этого метода для управления произвольным трехмерным полем возмущений. Кроме того, нужны исследования по активному управлению переходом для различного начального уровня возмущений (не только для малых по величине). За линейной стадией исходные двумерные волны неизбежно вызывают почти периодические поперечные модуляции, в результате вторичной неустойчивости развиваются мелкомасштабные трехмерные структуры и, наконец, происходит окончательный переход. Для достижения существенной задержки перехода на этой нелинейной стадии или в трехмерных течениях использование методов разрушения волн требует применения большого количества детекторов возмущений и сложной системы управления, которая может разрушить как первичные, так и остаточные возмущения.