Координатор: д-р физ.-мат. наук Козлов В. В.

Исполнители: ИТПМ, ИФП СО РАН

Разработана система управления обтеканием тел, предназначенная для выборочного целенаправленного воздействия на гидродинамические явления, которые протекают в потоке жидкости (газа) на малых временах в ограниченных областях пространства, играя заметную роль в процессе турбулизации сдвиговых течений. В нее входят сенсор, актюатор и специализированный электронный блок для обеспечения согласованной работы первых двух элементов (рис. 1). В процессе управления сенсором контролируются средние во времени и пульсационные характеристики течения. В случае их неблагоприятного изменения срабатывает актюатор, который оказывает необходимое воздействие на пристенную область потока, возвращая течение в оптимальное состояние.

Рис. 1. Система управления пристенным течением. Fig. 1. Control system of a near-wall flow.

Спроектированы и разработаны технологические маршруты формирования сенсора и актюатора, методом кремниевой планарной технологии созданы опытные образцы этих устройств, обследованы их метрологические характеристики. Сенсор представляет собой датчик давления мембранного типа, который обепечивает бесконтактное измерение требуемых характеристик течения. Актюатором служит микроинжектор, в работу которого заложен электростатический принцип возбуждения: при перемещении подвижной мембраны актюатора происходит вдув газа в поток через отверстие в поверхности обтекаемого тела. С помощью электронного блока при выбранном уровне сигнала сенсора осуществляется автоматический запуск актюатора.

Работоспособность системы управления (комплекса: сенсор — электронный блок — актюатор) проверена в аэродинамических экспериментах применительно к задаче предотвращения срыва потока с передней кромки крыла, расположенного под большими углами атаки (рис. 2). Результаты, полученные при низких дозвуковых скоростях течения в диапазоне малых чисел Рейнольдса (Re ~ 100 000), показали возможность ее эффективного использования.

Рис. 2. Управление обтеканием крыла, расположенного под большим углом атаки в дозвуковом потоке газа. Срыв потока с передней кромки (а) и присоединенное течение (б). Fig. 2. Flow control on a high-angle-of attack wing at subsonic velocities. Leading-edge separation (a) and attached boundary layer (б).

Помимо проектирования, изготовления элементов системы управления и ее тестирования проведены экспериментальные исследования явления ламинарно-турбулентного перехода в пограничном слое. Получены новые опытные данные о свойствах возмущений дозвуковых сдвиговых течений, доминирующих при переходе в турбулентное состояние, которые могут служить объектом управления и/или использоваться в качестве управляющего воздействия.

1. Таскин А. А., Фомин Б. И., Черепов Е. И., Гридчин В. А., Любимский В. М., Хабаров С. П., Грек Г. Р., Довгаль А. В., Козлов В. В. Датчики давления мембранного типа для исследования аэродинамических потоков// Наука — производству, 2001, (12), 26—30.
2. Таскин А. А., Фомин Б. И., Черепов Е. И., Гридчин В. А., Любимский В. М., Хабаров С. П., Грек Г. Р., Довгаль А. В., Козлов В. В. Микроэлектромеханическая система управления аэродинамическими потоками. Датчики давления// Микроэлектроника (принято к печати).
3. Чернорай В. Г., Спиридонов А. Н., Катасонов М. М., Козлов В. В. Генерация возмущений локализованным вибратором в пограничном слое прямого крыла// Прикладная механика и техническая физика, 2001, 42 (5), 37—45.
4. Козлов В. В., Сова В. А., Щербаков В. А. Экспериментальные исследования развития вторичных возмущений на скользящем крыле// Механика жидкости и газа, 2001, (5), 92—98.
5. Альфредссон П. Х., Бакчинов А. А., Катасонов М. М., Козлов В. В. Управление ламинарно-турбулентным переходом при высокой степени турбулентности набегающего потока с помощью локализованного вдува и отсоса// Теплофизика и аэромеханика, 2001, 8 (2), 177—187.
6. Козлов В. В., Грек Г. Р., Лефдаль Л. Л., Чернорай В. Г., Литвиненко М. В. Роль продольных локализованных структур в процессе перехода к турбулентности в пограничных слоях и струях (обзор)// Прикладная механика и техническая физика, 2002, 43(2), 62 - 76.

В оглавление

Далее