Stability control of the supersonic boundary layer by laser pumping into a narrow local area. heat–insulated wall

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

Effect of local supply of vibrational energy on the stability of a supersonic boundary layer on a plate is studied on the base of two-temperature system of equations for a single-mode vibrationally excited gas. The flight conditions in the atmosphere at an altitude of H = 15 km with a Mach number M = 4.5 were considered. It is shown that a source with a Gaussian power low dispersion profile located near the plate increases the temperature on the plate. When the source is localized at the upper boundary of the boundary layer, a significant area of the flow is heated. For two positions of the local source, neutral curves of two-dimensional temporal disturbances for the I and II Mack modes, as well as their increase increments, are calculated. Data on critical Reynolds numbers Reδ,cr and increment amplitudes were compared with similar data for a perfect gas without a source. It is shown that the source near the plate reduces the stability of the layer, and in the upper position, on the contrary, increases the stability compared to the reference case. The displacement of the laminar-turbulent transition zone under the action of vibrational energy source was estimated using the eN-method. For the upper position of the source, the shift of the beginning of the laminar-turbulent transition zone was 35%. The calculation results allow us to conclude that the local input of vibrational energy can become an effective method for controlling the stability of a supersonic boundary layer.

Full Text

Restricted Access

About the authors

Yu. N. Grigoryev

Federal Research Center for Information and Computational Technologies

Author for correspondence.
Email: grigor@ict.nsc.ru
Russian Federation, Novosibirsk

I. V. Ershov

Federal Research Center for Information and Computational Technologies; Novosibirsk State Agrarian University

Email: ivershov1969@gmail.com
Russian Federation, Novosibirsk; Novosibirsk

References

  1. Schlichting H. Boundary Layer Theory. N.Y.: McGraw-Hill, 1979. 817 p.
  2. Gaponov S.A., Ermolaev Yu.G., Zubkov N.N. et al. Investigation of the effect of heavy gas injection into a supersonic boundary layer on laminar–turbulent transition // Fluid Dyn., 2017, vol. 52, no. 6, pp. 769–776.
  3. Abdullaev A, Kotvitskii A, Moralev I, Ustinov M. On the possibility of cross–flow vortex cancellation by plasma actuators // Aerospace, 2023, vol. 10, no. 5, p. 469.
  4. Molevich N.E. Asymptotic analysis of the stability of a plane-parallel compressible relaxing boundary layer // Fluid Dyn., 1999, vol. 34, no. 5, pp. 675–680.
  5. Grigoryev Yu.N., Ershov I.V. Asymptotic estimate of stability of a supersonic boundary layer in a vibrationally excited gas on a plate // Fluid Dyn., 2019, vol. 54, no. 8, pp. 1020–1037.
  6. Gaponov S.A. Stability of a supersonic boundary layer with heat supply to a narrow band of the layer // Thermophys. Aeromech., 2021, vol. 28, no. 3, pp. 327–335.
  7. Manuilovich S.V., Ustinov M.V. Heat addition effect on the instability of the crossflow in a three-dimensional boundary layer // Fluid Dyn., 2014, vol. 49, no. 5, pp. 602–607.
  8. Grigor’ev Yu.N., Ershov I.V. Linear stability of the boundary layer of relaxing gas on a plate // Fluid Dyn., 2019, vol. 54, no. 3, pp. 295–307.
  9. Vincenti W.G., Kruger C.H. Introduction to Physical Gas Dynamics. Malabar: Krieger, 1986. 538 p.
  10. Alemasov V.E., Dregalin A.F., Tishin A.P. et al. Thermodynamic and Thermophysical Properties of Combustion Products. Vol. III. Moscow: VINITI AS of the USSR, 1973. 624 p. (in Russian)
  11. Ferziger J.H., Kaper H.G. Mathematical Theory of Transport Processes in Gases. Amsterdam: North-Holland Publ. Co., 1972. 550 p.
  12. Monchik L, Yun K.S., Mason E.A. Relaxation effects in transport properties of a sough spheres // J. Chem. Phys., 1963, vol. 38, pp. 1282–1287.
  13. Grigoryev Yu.N., Ershov I.V. Influence of vibrational excitation of the gas on the position of the laminar–turbulent transition region on a flat plate // J. Appl. Mech.&Tech. Phys., 2021, vol. 62, no. 1, pp. 11–17.
  14. Loitsyanskii L.G. Mechanics of Liquids and Gases. Oxford: Pergamon, 1966. 804 p.
  15. Grigoryev Yu.N., Gorobchuk A.G., Ershov I.V. Model of the boundary layer of a vibrationally excited dissociating gas // Thermophys. Aeromech., 2021, vol. 28, no. 5, pp. 635–647.
  16. Tables of Physical Quantities, Handbook / ed. by Kikoin I.K. Moscow: Atomizdat, 1976. 1008 p. (in Russian)
  17. Enochovich A.S. Handbook of Physics. Moscow: Education, 1990. 384 p.
  18. Grigoryev Y.N., Gorobchuk A.G., Ershov I.V. Calculations of supersonic boundary layer in the full and locally self-similar formulations // Comput. Technol., 2020, vol. 25, no. 2, pp. 50–62. (in Russian)
  19. Mack L.M. Boundary Layer Stability Theory. JPL Technical Rep., Document 900–277. Pasadena: California Instit. Technol., 1969. 272 p.
  20. Mack L.M. A numerical method for the prediction of high-speed boundary–layer transition using linear theory // Aerodyn. Anal. Requiring Advanced Comput. Part I. Washington: NASA, 1975. pp. 101–123.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Fig. 1. Profiles of gas-dynamic variables of a steady flow

Download (28KB)
3. Fig. 2. Curves of neutral stability of temporary disturbances of two-dimensional modes I and II

Download (20KB)
4. Fig. 3. Growth increments of two-dimensional modes I and II

Download (31KB)
5. Fig. 4. N-factor curves and the position of the LTP of the two-dimensional mode II

Download (20KB)

Copyright (c) 2024 Russian Academy of Sciences

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».