Стационарный пограничный слой на пластине в газовом потоке, страница 21

Микроэлектромеханические системы. Принципиальная возможность уменьшения сопротивления в турбулентном пограничном слое и затягивание ламинарно-турбулентного перехода ставят перед исследователями новые задачи в механике сплошных сред. Соответствие масштабов длин между активаторами и контролируемыми явлениями - основное требование в этих случаях. В существующих методах управления было невозможно идентифицировать структуры и провести выборочное управление ими в реальном времени.

Совсем недавно появилось новое направление в технике. Грандиозные достижения в микроэлектронике были применены для создания микромашин. Новейшие технологии позволяют производить механические части и целые устройства микронных размеров (рис.34) для применения в различных областях техники. Для механики жидкости и газа эта технология дает возможность создавать микродатчики и микроустройства для управления течением. Их масса, теплопроводность и другие инерциальные характеристики очень малы. Таким образом, удовлетворяется основное требование к датчикам и активаторам - отклик на высокие частоты. Более того, можно достичь интерактивного распределенного управления соединением на одной поверхности микродатчиков, микроактиваторов и микропроцессоров для создания интегрированной системы.

Такая система имеет на поверхности датчики напряжения сдвига, улавливающие локализованные вихри возмущений в нелинейной области пограничного слоя, встроенную сеть для обработки сигналов в соответствии с алгоритмом распознания образов и набор магнитных закрылков для уменьшения, и управления вихрями. Этот подход может открыть новые горизонты для интерактивного управления течениями, но также ставит новые научные и инженерные задачи: построение распределенного управления, исследование усталостных свойств микромеханических частей и изучение течений сплошной среды на микронном уровне. В то же время набор микроактиваторов способен контролировать макрообъект при условии существования подходящего механизма управления. Например, можно использовать линейный набор выдвижных линейных активаторов для создания вращающего момента на модели дельтовидного крыла.

Таким образом, теория гидродинамической устойчивости и экспериментальное моделирование в настоящее время являются мощными средствами в исследовании динамики жидкости и газа. Они позволяют выявлять и исследовать наиболее сложные явления ламинарно-турбулентного перехода и дают основу для современных стратегий управления переходом.

До сих пор способы управления пограничными слоями были сконцентрированы на пассивных подходах. Устройствами такого типа можно было пытаться подавить формирование или взаимодействие организованных структур в течении. Эти устройства играют пассивную роль в том смысле, что не существует цепи обратной связи для детектирования и манипулирования структурами в течении. Современные работы направлены на активное управление динамическими структурами для достижения задержки перехода или уменьшения поверхностного трения. Стратегия управления реализуется через цепь обратной связи при изменении структур в потоке.

Микроэлектромеханические системы имеют дело с явлениями в специфическом микронном масштабе расстояний. Многие интересные научные проблемы необходимо понять в микромеханике сплошных сред. В частности, управляющие механизмы, включающие отношение масштабов длин, меняются и многие фундаментальные знания оказываются под вопросом. Наиболее интересно то, что мы сможем осуществлять интерактивное управление в реальном времени фактически случайных событий и эксплуатировать явления за пределами разрешения традиционных устройств.