Научная статья на тему 'Экспериментальное исследование воздействия приповерхностных емкостных частотных разрядов на течение в пограничном слое'

Экспериментальное исследование воздействия приповерхностных емкостных частотных разрядов на течение в пограничном слое Текст научной статьи по специальности «Физика»

CC BY
147
77
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.
Журнал
Ученые записки ЦАГИ
ВАК
Область наук

Аннотация научной статьи по физике, автор научной работы — Курячий А. П., Литвинов В. М., Успенский А. А., Шумилкин В. Г.

Приведены результаты экспериментального исследования электрогазодинамического (ЭГД) способа воздействия на течение в пограничном слое, основанного на применении приповерхностного емкостного разряда, возбуждаемого на диэлектрической плоской пластине, на верхней и нижней поверхностях которой располагаются электроды в виде системы параллельных полос, ориентированных перпендикулярно набегающему потоку. Исследовано влияние разряда на профили скорости и ламинарно-турбулентный переход. Опыты проводились при атмосферном давлении в дозвуковой малотурбулентной аэродинамической трубе, в которой пластина с разрядными электродами размещалась на нижней стенке рабочей части.

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Похожие темы научных работ по физике , автор научной работы — Курячий А. П., Литвинов В. М., Успенский А. А., Шумилкин В. Г.

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.
i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.

Текст научной работы на тему «Экспериментальное исследование воздействия приповерхностных емкостных частотных разрядов на течение в пограничном слое»

Том XXXVIII

УЧЕНЫЕ ЗАПИСКИ ЦАГИ 200 7

№ 1 — 2

УДК 533.6.071.082:532.526

532.526.3 + 629.735.33.015.3.062.4

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ВОЗДЕЙСТВИЯ ПРИПОВЕРХНОСТНЫХ ЕМКОСТНЫХ ЧАСТОТНЫХ РАЗРЯДОВ НА ТЕЧЕНИЕ В ПОГРАНИЧНОМ СЛОЕ

А. П. КУРЯЧИЙ, В. М. ЛИТВИНОВ, А. А. УСПЕНСКИЙ,

В. Г. ШУМИЛКИН

Приведены результаты экспериментального исследования электрогазодинамического (ЭГД) способа воздействия на течение в пограничном слое, основанного на применении приповерхностного емкостного разряда, возбуждаемого на диэлектрической плоской пластине, на верхней и нижней поверхностях которой располагаются электроды в виде системы параллельных полос, ориентированных перпендикулярно набегающему потоку.

Исследовано влияние разряда на профили скорости и ламинарно-турбулентный переход.

Опыты проводились при атмосферном давлении в дозвуковой малотурбулентной аэродинамической трубе, в которой пластина с разрядными электродами размещалась на нижней стенке рабочей части.

В настоящее время одним из возможных способов управления течением газа в пограничном слое рассматривается электрогазодинамический способ, который основан на возбуждении приповерхностных электрических разрядов [1—4]. Воздействие на течение осуществляется за счет направленного движения ионов в разряде, которые, ускоряясь в электрическом поле, передают свой импульс нейтральным молекулам газа.

В качестве источника ионов может быть использован как емкостной частотный разряд, получивший в литературе название диэлектрического барьерного [1 —11], так и униполярный коронный разряд [12—16]. Как показали исследования, проведенные в последние годы, более предпочтительным является емкостной разряд, с помощью которого можно реализовать ЭГД-воздействие на достаточно больших аэродинамических поверхностях при относительно небольших (5 —10 кВ) величинах напряжения питания разряда.

Принципиальная возможность использования электрогазодинамического метода управления характеристиками пограничного слоя была показана в теоретических и экспериментальных работах [20—22], проведенных в 60-е годы прошлого столетия.

В последние годы как в нашей стране, так и за рубежом, вновь возник интерес к проблеме использования ЭГД-метода для решения задачи управления ламинарно-турбулентным переходом [1, 2, 9—11, 24—27], отрывом пограничного слоя [18, 19] и снижения сопротивления турбулентного трения [15 —17]. Причинами возникновения этого интереса, по-видимому, являются определенные успехи в развитии техники создания электрических разрядов, а также появление ряда работ, в которых, в частности, указывается на возможность снижения сопротивления не только за счет реактивного эффекта, создаваемого наличием «ионного ветра», но и возможного затягивания ламинарно-турбулентного перехода. Например, авторы работы [27] на основе теоретического анализа делают вывод об энергетической эффективности использования ЭГД-воздействия в случае, если снижение сопротивления достигается за счет повышения устойчивости и соответствующей ламинаризации течения.

В настоящей работе приведены результаты экспериментальных исследований, выполненных на модели плоской пластины при ЭГД-воздействии на течение в пограничном слое при ламинарном, переходном и турбулентном режимах.

Исследовано влияние параметров ЭГД-воздействия на величину индуцированной разрядом скорости и на ламинарно-турбулентный переход.

1. Описание модели, использованной аппаратуры и методики измерений. Модель представляла собой диэлектрическую плоскую пластину толщиной 1.5 мм и общим размером 160 х 160 мм2 с системой из восемнадцати параллельных медных электродов (толщиной 0.05 мм), расположенных на верхней и нижней поверхностях пластины. Электроды были выполнены путем электролитического травления двусторонне фольгированного стеклотекстолита. Ширина верхних электродов была равна 0.7 мм, а нижних — 0.8—0.9 мм. Расстояние между электродами составляло 7.5 мм, а смещение верхних полос относительно нижних — 1 мм. Нижние электроды были покрыты лаком (ХВ-784) для предотвращения горения разряда. Пластина с электродами закреплялась на плоском основании из гетинакса толщиной 14 мм для предотвращения возможного коробления от действия тепла, выделяемого в разряде.

Для обеспечения стекания электрического заряда, который мог накапливаться на диэлектрической поверхности модели, по периметру пластины располагались медные полоски шириной 1.5 мм и толщиной 0.05 мм, соединенные с заземленной металлической окантовкой, наклеенной по торцевым поверхностям основания. «Зона безопасности» — расстояние между окантовкой и электродами, — обеспечивающая беспробойное горение разряда, была выбрана экспериментальным путем и равнялась 15 мм. Таким образом, площадь, занимаемая электродами, составляла

~ 65% от общей площади модели. Отметим, что модели, подобные описанной выше, получили в зарубежных работах наименование актуаторов плазмы.

Рис. 1. Cхема экспериментальной установки (а) и эскиз модели с разрядными электродами (б):

1 — рабочая часть АДТ; 2 — съемный турбулизатор; 3 — датчики ТА и НПН; 4 — микрокоординатник; 5 — модель пластины; 6 — герметизирующий чехол; 7 — генератор высоковольтных импульсов; 8 — диэлектрическая пластина; 9 — электроды; 10 — защитное покрытие; 11 — основание (гетинакс); 12 — окантовка; 13 — нижняя стенка трубы

Испытания были проведены в малотурбулентной аэродинамической трубе прямоточного типа с закрытой рабочей частью размерами 350 х 500 х 2610 мм. Скорость потока регулировалась в диапазоне 5—63 м/с, при этом интенсивность пульсаций скорости в потоке не превышала 0.06%. Схема трубы и эскиз модели представлены на рис. 1.

Исследуемая модель размещалась заподлицо с поверхностью нижней стенки рабочей части трубы, в которой был вырезан люк размером 160 х 160 мм.

При исследовании влияния разряда на ламинарно-турбулентный переход в диапазоне скоростей 5 + 10 м/с течение в зоне расположения модели носило ламинарный характер.

Для возбуждения емкостного частотного разряда использовался генератор высоковольтных импульсов (ГВИ), одним из основных элементов которого являлся высоковольтный трансформатор, импульсы в первичной низковольтной цепи которого создавались с помощью транзисторного ключа. Питание транзисторного ключа осуществлялось через теристорный регулятор, который позволял управлять напряжением на входе высоковольтного трансформатора в пределах

50—300 В. Измерение и контроль параметров (тока /1 и напряжения Уу) в первичной цепи производились приборами постоянного тока. Генератор формировал высоковольтные импульсы амплитудой УЛр = (1—6.5) кВ длительностью 20 мкс и частотой следования 5 кГц. Контроль

величины и формы напряжения и тока во вторичной цепи трансформатора (в цепи питания разряда) производился с помощью двухлучевого осциллографа С1-96.

Мощность, выделяемая в разряде, оценивалась на основе обработки осциллограмм напряжения Ур и тока /р в разрядной цепи путем их перемножения с последующим

суммированием и осреднением за период. Для упрощения процедуры оценки мощности, исключающей кропотливую обработку осциллограмм на различных режимах горения разряда, был определен коэффициент, связывающий электрические параметры (ток /1 и напряжение Р^), измеряемые в первичной цепи, с величиной мощности Ыр, выделяемой в разряде: кэфф = ЫрI/V, который оказался равным кэфф « 0.572.

Измерение профилей скорости в пограничном слое (ПС) осуществлялось двумя насадками полного напора (НПН) различной конструкции. Первый НПН был изготовлен из нержавеющей стали и имел эллиптическое приемное отверстие с внешними размерами 0.4 х 1.46 мм при толщине стенок 0.1 мм. Для измерения скорости пристеночного течения непосредственно в зоне разряда использовался второй НПН в виде керамической трубки с наружным диаметром 1.3 мм и внутренним — 0.7 мм.

Перепад давления на НПН измерялся спиртовым наклонным микроманометром конструкции ЦАГИ, который имел минимальный угол наклона мерной трубки а = а1гат 0.06.

Профили температуры измерялись хромель-копелевой термопарой, диаметр горячего спая которой составлял «0.3 мм. Термопара работала в дифференциальном режиме, при этом холодный спай размещался вне температурного ПС (во внешнем потоке), что обеспечивало измерение превышения температуры в ПС по отношению к температуре потока.

Переход ламинарного пограничного слоя в турбулентный при различных скоростях набегающего потока определялся с помощью термоанемометра (ТА)-55М01 фирмы DISA по положению максимума относительных пульсаций скорости при перемещении датчика ТА по потоку

на высоте 1 мм от поверхности нижней стенки трубы. Использовался однониточный датчик (длина чувствительного элемента ~ 1 мм, диаметр 5 мкм).

Влиянием температуры потока на результаты изменений относительных

/ ,2 \1/2 /

среднеквадратичных пульсаций (и' ) продольной компоненты скорости пренебрегалось в

виду малости повышения температуры АТ = (Т — Т )< 12°С в пристеночном течении, где Т — температура газа вблизи поверхности, а Т0 — температура набегающего потока.

Отметим, что увеличение температуры потока приводит к снижению измеряемых термоанемометром значений как средней скорости, так и ее среднеквадратичных пульсаций [28].

В частности, проведенные методические опыты показали, что величина пульсации скорости уменьшается на 0.3% при повышении температуры потока на один градус.

2. Характеристики пристеночных струй. На первом этапе на модели, установленной в трубе, были проведены исследования характера поведения скорости Пн пристеночной струи,

индуцированной приповерхностным разрядом, при отсутствии потока в трубе = 0).

Необходимо отметить, что плоскопараллельные электроды вышеописанной модели представляли собой периодическую структуру, выполненную с шагом 7.5 мм. Каждая «ячейка» этой структуры состояла из пары электродов (верхнего и расположенного под ним нижнего), смещенных относительно друг друга на расстояние 1 мм. При этом нижний электрод каждой «ячейки» был заземлен, а на верхний электрод подавался положительный высоковольтный импульс напряжения от ГВИ.

Фрагмент модели с условным изображением силовых линий электрического поля между электродами «ячейки» показан на рис. 2, а.

Напряженность электрического поля при такой конфигурации электродов в каждый момент времени воздействия импульса напряжения характеризуется сильной временной и пространственной неоднородностью вблизи острых кромок электродов, где происходит ионизация и последующее ускорение ионов под действием электрических сил. Инициируемое разрядом приповерхностное движение газа происходит в направлении, перпендикулярном к

О 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200

Ах, мм

б)

Рис. 2:

а — картина распределения силовых линий электрического поля между разрядными электродами (7 — верхний (внешний) электрод; 2 — нижний электрод;

3 — диэлектрическая пластина; 4 — плазма; 5 — зона ускорения ионов); б — распределение наведенной разрядом скорости приповерхностной струи вдоль продольной координаты х в центральном сечении модели (г = 0) на высоте у = 0.7 мм;

7 — 78 — положение разрядных электродов. = 0, Уар = 6.3 кВ

электродам,

в сторону смещения нижнего электрода относительно верхнего.

ЭГД-воздействие на течение газа в рамках модели сплошной среды определяется распределениями плотностей объемных сил Е = дЕ и источников энерговыделения Q = (]Е), где q — плотность объемного заряда, Е — вектор напряженности электрического поля, ] — вектор плотности электрического тока.

Предварительное моделирование, выполненное на основе численного решения краевой задачи электростатики и упрощенной модели кинетики заряженных частиц, показало, что максимальное значение компоненты объемной силы, направленной по нормали к поверхности, на порядок превосходит значение продольной компоненты. В результате вблизи кромки внешнего электрода создается местный отрицательный градиент давления, способствующий наряду с продольной компонентой объемной силы ускорению газа в направлении, перпендикулярном к кромке электрода.

Особенностью ЭГД-воздействия разряда емкостного типа, при котором его возбуждение происходит от источника импульсного напряжения, является то, что инициирование разряда происходит в ограниченные по длительности промежутки времени по сравнению с периодом следования импульсов. За время отсутствия разряда происходит процесс рекомбинации ионов плазмы. Если начальная концентрация в момент гашения разряда равна щ, и предполагая, что коэффициент рекомбинации а во время процесса деионизации плазмы не изменяется, то концентрация ионов через промежуток времени А( может быть оценена по формуле [30]:

п0

п = -

1 + ап0А^

Учитывая конкретные условия эксперимента и полагая п00 □ 7 -10м1 , 3 А^ = 2 -10 4 с,

—8 3

а □ 6 -10м [29], получаем, что концентрация ионов плазмы за счет процесса рекомбинации

уменьшается за время, равное длительности периода, на порядок. В дальнейшем при движении ионов в межэлектродном пространстве вместе с потоком воздуха их концентрация, по

проведенным оценкам, уменьшается более чем на порядок и составляет □ 2 -1см ,-3 что согласуется

с результатами измерений [29], проведенных ранее при аналогичных условиях эксперимента. Процесс возбуждения разряда, ускорения и рекомбинации ионов плазмы повторяется в каждой из восемнадцати расположенных последовательно «ячеек», формируя приповерхностное течение воздуха на всей площади модели.

На рис. 2, б показан характер нарастания скорости Пн движения приповерхностной струи в направлении, перпендикулярном разрядным электродам (вдоль продольной оси х) под воздействием разряда (Уар = 6.3кВ ) Измерения скорости, проведены в центральном сечении

(г = 0) модели с помощью НПН с керамической приемной трубкой (у « 0.7 мм). На рис. 2 показаны координаты положения высоковольтных электродов (номера 1 —18). Измерения скорости выполнялись последовательно вблизи (2.5—3 мм) кромок каждого из восемнадцати электродов. Видно, что по мере движения струи от первого электрода к пятому скорость довольно быстро увеличивалась до 1.4 м/с. Далее, в диапазоне между пятым и восемнадцатым электродами, скорость струи оставалась примерно (в пределах ± 5%) постоянной. За последним, восемнадцатым, электродом скорость приповерхностной струи при удалении от зоны разряда монотонно убывала и

на расстоянии от последнего электрода, равном 55 мм, составляла «0.4 м/с. Такой характер поведения скорости связан, по-видимому, с тем, что по мере движения струи от первого к пятому электроду происходило, с одной стороны, дополнительное ускорение молекул воздуха под действием разрядов, а с другой — увеличение массы ускоряемого воздуха за счет нарастающего подсоса приповерхностной струей покоящегося воздуха. Как видно из рис. 2, б, после пятого

электрода процесс взаимодействия струи и окружающего неподвижного воздуха выходил на равновесный уровень, при котором скорость струи над электродами не увеличивалась.

Распределения параметров течения (профилей скорости, температуры потока и пульсаций скорости) по толщине пограничного слоя (по оси у) в сечении, отстоящем от последнего восемнадцатого электрода на расстоянии Дх18 = 15 мм при двух фиксированных значениях напряжения на разряде (Уар = 4.5 и 6.3 кВ), приведены на рис. 3. Видно, что приповерхностная струя,

генерируемая разрядом, даже на достаточно большом расстоянии от поверхности модели (у =10 мм) имеет скорость ин « 0.5 м/с (при Уар = 6.3 кВ), а максимумы в распределениях

скорости, температуры и пульсаций скорости лежат в диапазоне у = 1.5 + 2 мм. Как следует из рис. 3, уменьшение напряжения на разряде приводило к снижению скорости струи (кривая 1),

относительных пульсаций скорости (кривая 3) и температуры потока (кривая 5).

а) 6)

ия, м/с; и'/ин, тах, % АТ, °С

Рис. 3. Профили скорости, относительных пульсаций скорости (а) и температуры (б) приповерхностной струи, индуцированной разрядом на расстоянии 10 мм от задней кромки 18-го электрода модели при = 0:

7, 5, 5 — Уа.р = 4.5 кВ; 2, 4, 6 — Уа.р = 6.3 кВ

Приведенные на рис. 3, б профили температуры показывают, что уровень нагрева индуцированной разрядом пристеночной струи зависит от величины напряжения Уар на разряде,

а следовательно, от подводимой к разряду мощности Nр. При Уар = 6.3 кВ (N «40Вт )

максимальная температура приповерхностной струи составляла 12°С (кривая 6), а при Уар = 4.5

кВ (Жр « 20Вт ) «4 С (кривая 5).

Отметим, что часть мощности, подводимой к модели для питания разряда, идет на создание и ускорение в электрическом поле потока ионов, а другая часть теряется на излучение плазмы и в диэлектрической пластине модели (из-за тангенса угла потерь, который зависит от материала диэлектрика и частоты питающего разряд напряжения), являющейся емкостной нагрузкой для источника питания разряда. В результате нагрева пластины тепло передается приповерхностному потоку, индуцируемому разрядом. Проведенная на основе интегрирования профилей температуры (рис. 3, б) и скорости (рис. 3, а) оценка затрат мощности

1 У0 У0

(N = ср Р5— | и1 (у) ёу | ДТ (у ) бу, где ср — удельная теплоемкость воздуха; р — плотность;

у0 0 0

5 - площадь поперечного сечения потока; у0 = 10мм) показала, что на нагрев потока затрачивается ~ 11 Вт, что составляет около 25% от мощности, подводимой к разряду.

3. Результаты исследования влияния разряда на характеристики пограничного слоя.

Исследования влияния разряда на характеристики пограничного слоя проводились на нижней стенке АДТ, при этом пластина с разрядными электродами была ориентирована таким образом, чтобы направление индуцированной разрядом скорости совпадало с направлением потока в трубе.

Эффект влияния разряда на профили скорости был измерен при скоростях потока в трубе

2 м/с и 10 м/с в сечении за восемнадцатым электродом на расстоянии Дх^ «2 мм (рис. 4). Из приведенных на рис. 4 данных следует, что наиболее сильное влияние на профили относительной скорости разряд оказывал при малой скорости потока, когда индуцированная разрядом скорость была соизмерима со скоростью (их = 2м/с ) набегающего потока (рис. 4, а).

В то же время, при скорости потока 10 м/с профиль скорости, так же как и при скорости 2 м/с, становился при включении разряда более наполненным, а максимальный прирост скорости

составлял « 2 м/с и наблюдался на высоте 1 — 1.5 мм от обтекаемой поверхности.

а) 6)

и/иа и/ик

Рис. 4. Влияние разряда на профили относительной скорости, измеренные на расстоянии 2 мм от задней кромки 18-го электрода в центральном сечении модели (г = 0) при скорости потока в трубе 2 м/с (а) и 10 м/с (б):

1 — без разряда; 2 — с разрядом (Уа р = 6.3 кВ)

По профилям, полученным при скорости потока в трубе их = 10 м/с, были вычислены

0*

, толщина потери импуль-

iНе можете найти то, что вам нужно? Попробуйте сервис подбора литературы.

0^^ 1 тт О ^ / О тт I»

и формпараметр Н = 5/5 . Данные приведены в таблице:

Параметры 5*, мм 5 , мм Н 1

без разряда 2.147 0.885 2.428 6.28-105

с разрядом 1.923 0.903 2.129 6.27-105

Можно отметить, что зажигание разряда способствовало дополнительной турбулизации течения, так как при этом формпараметр уменьшался на 13%.

Влияние на характеристики пограничного слоя величины напряжения на разряде Уа р при различных скоростях потока в трубе (их = 0, 5, 6.3, 8 и 10 м/с) проиллюстрировано на рис. 5. Измерения параметров течения были проведены в сечении за моделью (Дх^ = 15 мм,) на высоте 1 мм одновременно насадком полного напора (г = 0), термоанемометром (г = 3 мм) и термопарой (г = -3 мм), которые были закреплены на одной вертикальной державке, но разнесены по оси г. Как видно из рис. 5, изменение амплитуды высокого напряжения Уар в диапазоне 04.1 кВ

на параметры течения не сказывалось. При увеличении амплитуды напряжения свыше 4.2 кВ, соответствующего зажиганию разряда, местная скорость (рис. 5, а), относительные пульсации скорости (рис. 5, в) и температура потока (рис. 5, г) интенсивно нарастали. В частности, своеобразно вели себя пульсации скорости, которые с ростом напряжения Уар в диапазоне

4.24.5 кВ сначала быстро увеличивались до максимальных значений, а затем при Уар > 4.5 кВ

резко уменьшались и в дальнейшем стабилизировались на определенном уровне. Это явление, по-видимому, связано с нестабильностью горения разряда на начальной стадии его зажигания (при Уар = 4.2 кВ), что приводило к колебаниям скорости, наведенной разрядом. Увеличение

напряжения

У

ар ’

а следовательно мощности, подводимой к разряду, приводило к возрастанию температуры потока, которая достигала максимальных значений (« 10°) при отсутствии скорости в трубе и уменьшалась при наличии потока (рис. 5, г).

4. Влияние приповерхностных разрядов на ламинарно-турбулентный переход. Опыты были проведены на скоростях потока в трубе их = 5, 6.3, 8 и 10 м/с, что дало возможность исследовать влияние разряда на течение в пограничном слое при различном положении переходной зоны течения относительно модели. Ориентация электродов модели была такова, что направление индуцированной разрядом струи совпадало с направлением потока в трубе. Определение положения перехода осуществлялось с помощью датчика термоанемометра, который перемещался вдоль по потоку на высоте у = 1 мм в центральном сечении модели (г = 0). При этом датчик ТА во избежание пробоя на него устанавливался в начальном положении на расстоянии Дх = 15 мм от зоны горения разряда, что соответствовало х = 1180 мм от начала рабочей части трубы.

и-ЛЛ., %

800 1000

Рис. 6. Зависимость отаоситеййй&^хедн15 адратичнЬ^пу льйцИ^ЖВрострт^Ынйя' вдоль продольной координаты (х) при скорости потока в трубе 8ря/с(п]рпошичшшшз{0:ршстяхт101гор0 аяирубока при различных уровнях напряже-

1 — и „ = 0; 2™^ ЕаЭЩде/——: и„ = 6.3 м/с;

1 — Уа.р = 0; 2 — Уа.р = 4.64 кВ ;£?„—= Уам/=;& 3—®„4 =—:(Ле»еход; 5 — положение модели

На рис. 6, а приведены зависимости относительных среднеквадратичных пульсаций скорости, измеренных вдоль продольной координаты, при наличии разряда и без него при скорости потока в трубе Ux = 8 м/c. Видно, что на режиме горения разряда при напряжении Уар = 4.5 кВ (кривая 2) переход смещался на 100 мм к передней кромке модели. В то же время, при

Уар = 6.3 кВ переход (кривая 3) практически совпадал с положением, зафиксированным при

отсутствии разряда (кривая 1).

Влияние разряда на положение перехода при различных скоростях потока проиллюстрировано на рис. 6, б. Анализ данных, приведенных на рис. 6, показывает, что оптимальной является ситуация, когда воздействие разряда на течение приходится на область начала переходной зоны, в которой относительные пульсации скорости составляют около 1%. Указанный режим осуществлялся при скорости потока 8 м/с, когда переход под воздействием разряда, по крайней мере,

не смещался вперед. В остальных случаях, когда ЭГД-воздействие приходилось на ламинарный участок течения (при Ux = 5 м/с), либо на переходную зону с высоким уровнем пульсаций скорости (при Ux = 10 м/с), ламинарно-турбулентный переход, как правило, смещался вперед, т. е. затянуть переход при данных условиях не удавалось. Причина этого, по-видимому, заключалась в том, что приповерхностный разряд является источником дополнительных возмущений, приводящих к возрастанию пульсационной составляющей скорости, не способствующей затягиванию перехода. Если обратиться к работе [27], то расчетные оценки влияния ЭГД-воздействия на устойчивость пограничного слоя были проведены в рамках обычной теории гидродинамической устойчивости без учета возмущений, обусловленных разрядом. В этом случае, как отмечают авторы [27], влияние ЭГД-воздействия проявляется посредством изменения характеристик основного невозмущенного течения и, прежде всего, профиля скорости, что и обеспечивает затягивание перехода. Можно предположить, что затягивание перехода при ЭГД-воздействии возможно

в эксперименте, если это воздействие осуществлять на участке, где течение устойчиво (например, в зоне от передней кромки модели до критической точки потери устойчивости), либо в начале переходной зоны, где пульсации скорости соизмеримы с пульсациями, вызванными разрядом. В последнем случае воздействие разряда должно сводиться к формированию более устойчивого профиля скорости за счет подбора геометрии электродов и параметров разряда.

Авторы благодарят М. Н. Когана и В. В. Скворцова за полезные обсуждения результатов, а Н. В. Ростова — за предоставление генератора высоковольтных импульсов для проведения экспериментов.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект № 04-01-00228 и № 05-08-50239) и Государственной программы поддержки ведущих научных школ (грант НШ — 4272.2006.1).

ЛИТЕРАТУРА

1. Roth J. R., Sherman D. M., Wilkinson S. P. Electrohydrodynamic flow control with a glow-discharge surface plasma // AIAA J. — 2000. Vol. 38, N 7.

2. Roth J. R., Madhan R. Ch. M., Yadav M., Rah el J., Wilkinson S. P.

Flow field measurements of paraelectric, peristaltic, and combined plasma actuators based on one atmosphere uniform glow discharge plasma // AIAA Paper 2004-845. — 2004.

3. Roth J. R., Sherman D. M., Wilkinson S. P. Boundary layer flow control with one atmospheric uniform glow discharge plasma // AIAA Paper 98-0328. — 1998.

4. Roth J. R. Aerodynamic flow acceleration using paraelectric and peristaltic electrohydrodynamic (EHD) affects of a one atmosphere uniform glow discharge plasma (OAUGDP) // Physics plasmas. — 2003, Vol. 10, N 5.

5. Massines F., Ben G. R., Rabehi A., Decomps Ph., Segur P., Mayo u x Ch. Experimental and theoretical study of a glow discharge at atmospheric pressure flow controlled by dielectric barrier // J. of Applied Phisic. — 1998. Vol. 83, N 6.

6. Enloe C. L., McLaughlin T. E., Vandyken R. D., Fischer J. Plasma structure in the aerodynamic plasma actuators // AIAA Paper 2004-0844. — 2004.

7. Enloe C. L., McLaughlin T. E., Vandyken R. D., Kachner K. D. Mechanisms and responses of a single dielectric barrier plasma actuators. Plasma morphology // AIAA J. — 2004. Vol. 42, N 3.

8. Enloe C. L., McLaughlin T. E., Vandyken R. D., Kachner K. D. Mechanisms and responses of a single dielectric barrier plasma actuators. Geometric effects // AIAA J. — 2004. Vol. 42, N 3.

9. Artana G., d’Adamo J., Leger L., Moreau E., and Touchard G. Flow control with electrohydrodynamic actuators // AIAA J. — 2003. Vol. 40.

10. Moreau E., Touchard G., Leger L., Labergue A., Louste C. Airflow control by electrohydrodynamic actuators // CNRS-ONERA Conference on plasmas for aerodynamic flow control, Combustion, and Stealth, Institute Curie, Paris. — March 31 — April 1, 2003.

11. Artana G., Adamo J., Leger L., Moreau E., Touchard G. Flow control with electrohydrodynamic actuators // AIAA J. — 2002. Vol. 40.

12. Deanna A. Lacoste., David Pai., and Christohe O Laux. Ion wind effects in a positive DC corona discharge in atmospheric pressure air // AIAA Paper 2004-0354. — 2004.

13. Leger L., Moreau E., Artana G., and Touchard G. Influence of a DC corona discharge on the airflow along an inclined flat plat // AIAA J. — 2002. Vol. 40.

14. Morrow R. The theory of positiv glow corona // J. Phys. D-Appl. Phys. — 1997. Vol. 30.

15. Wilkinson S. P. Investigation of an oscillation suface plasma for turbulent drag reduction // AIAA Paper 2003-2199. — 2003.

16. Khabiry S., Colver G. M. Drag reduction by DC corona discharge along an electrically conductive flat plate for small Reynolds number flow // Physic of Fluids. — 1997. Vol. 9, N 3.

17. Malik M. R., Weinstein L. M., Hussaini M. Y. Ion wind drag reduction // AIAA Paper 83-0 231. — 1983.

18. Roth J. R., Sin H., Madhan R. Ch. M., Yadav M., Rahel J., Wilkinson S. P. Flow reattachment and acceleration by paraelectric and peristaltic electrohydrodynamic (END) effects // AIAA Paper 2003-0351. — 2003.

19. Post M. L., C o rke T. C. Separation control on high angle attack airfoil using plasma actuators // AIAA Paper 2003-1024. — 2003.

20. Robinson M. Movement of air in the electric wind of the corona discharge // AIEE Transaction. — N. Y., USA. — 1961.

21. Касьянов В. А. Исследование ЭГД-течений с приложением к задачам управления пограничным слоем и преобразования энергии // Дис. докт. техн. наук. -Киев: Киев. ин-т инж. граждан. авиации. — 1970.

22. Мхитар ян А. М., Боярский Г. Н., Касьянов В. А., Тишков А. Ф. Экспериментальное исследование частоты питающего напряжения на эффективность ЭГД УПС // Некоторые вопросы аэродинамики и электрогидродинамики. — Киев: Киев. ин-т инж. граждан. авиации. — 1969. Вып. III.

23. Ватажин А. Б., Грабовский В. И., Лихтер В. А., Шульгин В. И. Электрогазодинамические течения. — М.: Наука. — 1983.

24. Курячий А. П. О затягивании перехода пограничного слоя электрогазодинамическим методом // ПММ. — 1985. T. 49, вып. 1.

25. Казаков А. В., Курячий А. П. Влияние электрогазодинамического воздействия на развитие малых возмущений в пограничном слое на тонком профиле // Изв. АН СССР. МЖГ. — 1984, № 5.

26. Казаков А. В., Коган М. Н., Купарев А. П., Курячий А. П. О нетрадиционных способах управления устойчивостью ламинарного дозвукового пограничного слоя // Труды ЦАГИ. — 1988. Вып. 2412.

27. Казаков А. В., Курячий А. П. Оценка эффективности электрогазодинамического метода уменьшения аэродинамического сопротивления // МЖГ. — 2001, № 2.

28. Левицкий В. Н., Р е п и к Е. У., С о с е д к о Ю. П. Влияние температуры потока на показания термоанемометра// ИФЖ. — 1985. T. XLIX, № 3.

29. Коган М. Н., Скворцов В. В., Литвинов В. М., Кузнецов Ю. Е., Успенский А. А. Исследование в аэродинамических трубах выноса ионов из разрядов под задачу уменьшения вредных примесей в струе двигателя, выбрасываемых в атмосферу // Препринт № 135. — M.: Изд. отдел ЦАГИ. — 2004.

30. Мик Дж., Крэгс Дж. Электрический пробой в газах. — M.: Изд. ин. лит. —

1960.

Рукопись поступила 11/XI 2005 г.

112

i Надоели баннеры? Вы всегда можете отключить рекламу.