Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

08.15 Колебания тел и структур в потоке, аэроупругость

 

Иванов С.Э., Кравчук М.О., Сафронов А.В., Шувалова Т.В., Дядькин А.А., Рыбак С.П. «Исследование взаимодействия с преградой сверхзвуковой струи, истекающей из сопла нетрадиционной формы» Космонавтика и ракетостроение, № 5, с. 113-122 (2017)

Представляются результаты расчётно-экспериментальных исследований, касающихся взаимодействия с плоской преградой струи, истекающей из модельного сопла посадочной твердотопливной двигательной установки (ПТДУ) возвращаемого аппарата (ВА) пилотируемого транспортного корабля. Рассматривается истечение из сопла, имеющего прямоугольное критическое сечение с уступом и косой срез выходного сечения. Отмечается, что в ходе экспериментов были использованы установки ТТ (рабочее тело – продукты сгорания твёрдого топлива с температурой 2860 К) и У2-ГД (рабочее тело – воздух высокого давления) ФГУП ЦНИИмаш. Указывается, что расчётная математическая модель основана на численном решении осреднённых уравнений Навье–Стокса с адаптированной моделью турбулентной вязкости SST Ментера. Подтверждается адекватность математической модели и возможность её использования в дальнейшем для параметрических расчётов воздействия струй ПТДУ ВА на посадочную поверхность.

Космонавтика и ракетостроение, № 5, с. 113-122 (2017) | Рубрики: 08.11 08.15

 

Анискин В.М., Маслов А.А., Миронов С.Г. «Течение сверхзвуковых недорасширенных струй в диапазоне умеренных чисел Рейнольдса» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 3-10 (2018)

Приведены результаты экспериментальных исследований газодинамической структуры сверхзвуковых недорасширенных воздушных струй, истекающих из звукового сопла в пространство низкого давления. Такая постановка эксперимента позволила достичь больших значений величины степени нерасчетности при сохранении умеренных значений числа Рейнольдса истечения из сопла, характерных для истечения недорасширенных струй из микросопел. Получены данные по длине сверхзвукового участка, положению ламинарно-турбулентного перехода и характеристикам струйного течения. Выполнено сопоставление результатов с данными полученными в микроструях истекающих из звуковых сопел. Особое внимание уделено ранее обнаруженному эффекту обратного перехода турбулентной струи в ламинарный режим течения с ростом числа Рейнольдса.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 3-10 (2018) | Рубрики: 08.11 08.15

 

Гапонов С.А., Терехова Н.М. «Тепломассообмен в сверхзвуковом пограничном слое как способ управления режимами обтекания» Теплофизика высоких температур, 55, № 6, с. 733-741 (2017)

Работа продолжает цикл исследований по моделированию методов управления режимами течения в пограничных слоях сжимаемого газа. Рассмотрено влияние распределенного тепломассообмена на характеристики устойчивости сверхзвуковых пограничных слоев при числах Маха М=2.0 и 5.35. При больших числах Маха помимо волн вихревой природы появляются неустойчивые акустические колебания. Изучена устойчивость относительно обоих типов возмущений. Моделируются как нормальный вдув, при котором отличен от нуля только нормальный компонент средней скорости V, так и вдув с других направлений, включая тангенциальное, когда на стенке не равен нулю только продольный компонент средней скорости U. Показано, что тангенциальный вдув по потоку приводит к значительной стабилизации течения по отношению к вихревым и акустическим модам. Этот способ управления режимами способен не только осуществить тепловую защиту обтекаемой поверхности при аэродинамическом нагреве, но и удлинить область ламинарного режима. При этом вдув охлажденного газа подавляет вихревые возмущения и усиливает акустические волны. Вдув нагретого газа влияет на устойчивость пограничного слоя обратным образом. На основе проведенных исследований можно ожидать, что по своему действию вдув однородного холодного газа аналогичен вдуву инородного тяжелого газа, а вдув нагретого – вдуву легкого газа.

Теплофизика высоких температур, 55, № 6, с. 733-741 (2017) | Рубрика: 08.15

 

Виноградов В.Е., Павлов П.А. «Исследование кавитации при импульсном обтекании острой кромки» Тепловые процессы в технике, № 6, с. 242-246 (2017)

Рассмотрено явление флуктуационного образования кавитационных пузырьков вблизи острой кромки твердого включения, импульсно обтекаемого потоком жидкости. Наблюдается рост скорости течения и по уравнению Бернулли уменьшение давления, что при найденных условиях вызывает флуктуационное рождение пузырьков. Показано, что твердые вставки с определенной геометрией в поток перегретой или растянутой жидкости можно применять для управления взрывной кавитацией и взрывным вскипанием.

Тепловые процессы в технике, № 6, с. 242-246 (2017) | Рубрика: 08.15

 

Гараев Т.К., Осадчая Д.М. «К задаче оптимального управления ламинарным пограничным слоем в сверхзвуковых потоках на поверхностях с постоянным давлением» Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, № 4, с. 74-81 (2017)

Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, № 4, с. 74-81 (2017) | Рубрика: 08.15

 

Кузьмина К.С., Марчевский И.К., Морева В.С. «Определение интенсивности вихревого слоя при моделировании вихревыми методами обтекания профиля потоком несжимаемой среды» Математическое моделирование, 29, № 10, с. 20-34 (2017)

Разработана расчетная схема вихревых методов для численного моделирования обтекания профилей. Для данной схемы построен численный алгоритм; для коэффициентов системы линейных алгебраических уравнений получены точные аналитические выражения. На примере решения модельных задач показано, что разработанная схема позволяет решать более широкий класс задач и обеспечивает существенно более высокую точность по сравнению с ранее известными подходами.

Математическое моделирование, 29, № 10, с. 20-34 (2017) | Рубрика: 08.15

 

Поливанов П.А., Громыко Ю.В., Бунтин Д.А., Маслов А.А., Сидоренко А.А. «Использование вейвлет преобразования для корреляционного анализа пульсаций в пограничном слое» Теплофизика и аэромеханика, № 6, с. 969-972 (2017)

Экспериментальные исследования при гиперзвуковых числах Маха, как правило, проводятся в трубах кратковременного действия. В этих установках данные о пульсациях в пограничном слое измеряются в основном поверхностными датчиками давления. Существует множество факторов, влияющих на уровень пульсаций на стенке модели, поэтому для анализа развития волновых пакетов в пограничном слое часто применяется кросс-корреляционный анализ. Однако использование стандартного корреляционного метода обработки данных часто не позволяет наблюдать за эволюцией волновых пакетов. В работе предложен новый метод получения кросс-корреляционных данных на базе вейвлет преобразования.

Теплофизика и аэромеханика, № 6, с. 969-972 (2017) | Рубрика: 08.15

 

Терехова Н.М. «Автоколебания в сверхзвуковом пограничном слое» Теплофизика и аэромеханика, № 6, с. 973-976 (2017)

В рамках слабонелинейной теории устойчивости второго порядка по нелинейности исследуется порождение периодических колебаний в сверхзвуковом пограничном слое при умеренном и высоком числах Маха (М=2 и 5,35). Модель включает эффекты самовоздействия, такие как генерация стационарных вторичных гармоник и возмущений двойных частот. Показано, что для двумерных вихревых возмущений при увеличении числа Маха меняется характер возбуждения с мягкого на жесткое, что приводит к уменьшению критического числа Рейнольдса Rec. Для трехмерных возмущений небольших азимутальных волновых чисел устанавливается закритический автоколебательный режим. Сложный режим реализуется для двумерных акустических колебаний при М=5,35 с жестким возбуждением в области Rec.

Теплофизика и аэромеханика, № 6, с. 973-976 (2017) | Рубрика: 08.15

 

Липатов И.И., Устинов И.Н. «Распространение возмущений в пограничном слое на вращающемся конусе в сверхзвуковом потоке газа» Труды Московского физико-технического института (государственного университета) (МФТИ), 9, № 4, с. 90-93 (2017)

Труды Московского физико-технического института (государственного университета) (МФТИ), 9, № 4, с. 90-93 (2017) | Рубрика: 08.15

 

Мыльцина О.А., Белосточный Г.Н. «Устойчивость нагретой ортотропной геометрически нерегулярной пластинки в сверхзвуковом потоке газа» Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика, № 4, с. 109-120 (2017)

На основании линейной термоупругости рассматриваются тонкостенные геометрически нерегулярные объекты в виде ортотропных прямоугольных пластин, которые подкреплены симметричными относительно срединной плоскости ребрами жесткости и стандартным образом отнесены к декартовым координатам. Подкрепляющие ребра параллельны двум противоположным сторонам пластинки, расположенным в направлении набегающего газового потока. За основу взята континуальная модель термоупругой системы «пластинка–ребра». Сингулярные дифференциальные уравнения термоупругости системы «пластинка–ребра» содержат тангенциальные усилия и поперечную нагрузку. Тангенциальные усилия возникают при нагреве пластинки. Поперечная нагрузка, вызванная малым прогибом пластинки, определяется стандартным образом по «поршневой» теории. Тангенциальные усилия предварительно определяются путем решения сингулярных дифференциальных уравнений безмоментной термоупругости геометрически нерегулярной пластинки с учетом краевых условий. Решение сингулярных дифференциальных уравнений термоупругости пластинки в сверхзвуковом потоке газа в квазистатической и динамической постановках задач разыскивается в виде сумм двойных тригонометрических рядов соответственно, с постоянными и переменными по временной координате коэффициентами. Коэффициенты, аппроксимирующие функцию прогиба рядов, определяются методом Галеркина, как решения однородных алгебраических систем или однородных систем дифференциальных уравнений второго порядка в случае динамической постановки задачи с последующим сведением к одному дифференциальному уравнению четвертого порядка и обращению к критерию Гурвица. Решения приводятся во втором приближении, что соответствует двум полуволнам в направлении потока и одной полуволне в перпендикулярном направлении. На основании стандартных методов анализа статической и динамической устойчивости тонкостенных конструкций определяются критические значения скорости газового потока. Количественные результаты представлены в виде таблиц, иллюстрирующих влияние геометрических параметров термоупругой системы «пластинка–ребра»: относительной высоты ребер, числа ребер, величины отношения длин сторон пластинки, температуры, анизотропии материала на устойчивость геометрически нерегулярной пластинки в сверхзвуковом потоке газа.

Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика, № 4, с. 109-120 (2017) | Рубрика: 08.15

 

Горбушин А.Р., Заметаев В.Б. «Асимптотический анализ вязких пульсаций в турбулентном пограничном слое» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 11-22 (2018)

Исследован двухмерный пограничный слой несжимаемой вязкой жидкости при наличии пульсаций скоростей и давления. Характерное число Рейнольдса велико, и как следствие, нестационарный (турбулентный) пограничный слой тонок. Для анализа полных нестационарных уравнений Навье–Стокса используется асимптотический подход, что позволяет выделить характерные вязкие и невязкие зоны течения в пограничном слое и решить соответствующие задачи. Найдены аналитические выражения для вязких пульсаций, которые описываются уравнением Гамеля при большом значении параметра.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 11-22 (2018) | Рубрика: 08.15

 

Дудин Г.Н., Нейланд В.Я. «Об индуцировании трехмерных возмущений в пограничном слое при сильном взаимодействии с гиперзвуковым потоком» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 89-96 (2018)

Исследовано течение в ламинарном пограничном слое на бесконечной по размаху пластине конечной длины на режиме сильного взаимодействия с гиперзвуковым потоком газа. В предположении, что на задней кромке пластины может задаваться дополнительное условие, которое является функцией от поперечной координаты, в окрестности передней кромки проведены разложения функций течения в степенные ряды. Показано, что в эти разложения входит неопределенная функция, которая зависит от значения поперечной координаты. Сформулированы и численно решены соответствующие краевые задачи и определены собственные числа. Установлено, что в этом случае может происходить перестройка в трехмерный двумерного пограничного слоя.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 89-96 (2018) | Рубрика: 08.15

 

Дуигиан Г., Ксяоге Л., Ксяолинь Л., Сихе Й. «Визуализация обтекания двумерной призмы, установленной на поверхности, сверхзвуковым малошумным потоком» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 174-180 (2018)

В сверхзвуковой малошумной аэродинамической трубе с числом Маха 3 выполнено экспериментальное исследование сверхзвукового обтекания двумерной призмы, установленной на поверхности. Уровень шума в данной трубе, определяемый, как отношение среднеквадратичного значения (RMS) пульсаций полного давления к среднему полному давлению, может быть уменьшен до примерно 0.37%. Анализ влияния геометрии призм и условий в набегающем потоке на типичные структуры течения, такие как скачки отрыва и присоединения, выполнен при помощи метода рассеяния лазерным ножом на наночастицах (РЛНН). С увеличением высоты призмы индуцированные скачки сдвигались вверх по течению. При фиксированной длине призмы в направлении по потоку осредненные по времени РЛНН изображения показывают, что длина циркуляционной зоны в направлении вниз по потоку увеличивается от 0.8L до 1.2L при изменении высоты призмы от 3 до 5 мм. По сравнению со структурами течения вниз по потоку от призмы, структуры течения перед призмой более чувствительны к характеру пограничного слоя в набегающем потоке и существенно различны в случаях ламинарного и турбулентного течения. Скачок отрыва четко виден в случае турбулентного течения даже перед призмой высотой 1 мм, тогда как в условиях ламинарного течения перед призмой отчетливый скачок не наблюдается. В то же время, положение присоединения потока и угол наклона скачка присоединения за призмой почти одни и те же для обоих течений.

Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 174-180 (2018) | Рубрика: 08.15

 

Владимиров И.Ю., Корчагин Н.Н., Савин А.С. «Эффекты волнового воздействия на подводное препятствие стратифицированным потоком конечной глубины» Доклады академии наук, 478, № 3, с. 356-361 (2018)

Получены выражения для гидродинамической нагрузки на препятствие, моделируемое точечным диполем, при его циркуляционном обтекании потоком двухслойной жидкости конечной глубины. Исследованы зависимости волнового сопротивления и подъёмной силы от скорости потока и циркуляции. Приведены примеры численных расчётов для реальных морских условий. Показано, что учёт циркуляции может значительно изменить величину гидродинамической реакции, действующей на диполь.

Доклады академии наук, 478, № 3, с. 356-361 (2018) | Рубрика: 08.15

 

Пузикова В.В. «Численное моделирование обтекания пары подвижных круговых профилей методом погруженных границ LS-STAG» Математическое моделирование, 29, № 10, с. 60-74 (2017)

Разработана модификация метода погруженных границ LS-STAG для численного решения сопряженных задач гидроупругости, основанная на идее метода лагранжево-эйлеровых сеток (ALE). Алгоритм реализован в программном комплексе «LS-STAGτurb» собственной разработки. Представлены результаты верификации полученного метода на тестовых задачах обтекании пары подвижных круговых профилей (вращающихся и имеющих две степени свободы).

Математическое моделирование, 29, № 10, с. 60-74 (2017) | Рубрики: 04.12 08.15

 

Волков К.Н., Емельянов В.Н., Карпенко А.Г. «Численное моделирование газодинамических и физико-химических процессов при обтекании тел гиперзвуковым потоком» Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии, 18, № 4, с. 387-405 (2017)

Рассматриваются вопросы, связанные с численным моделированием газодинамических и физико-химических процессов, сопровождающих гиперзвуковое обтекание тел различной формы. Математическая модель включает в себя уравнения газовой динамики, записанные для реального газа, и уравнения химической кинетики, описывающие равновесные процессы в высокотемпературном воздухе. Для дискретизации основных расчетных соотношений применяется метод конечных объемов и различные разностные схемы для дискретизации конвективных потоков. Возможности разработанной вычислительной процедуры показываются на примере решения ряда задач физико-химической газовой динамики. Расчеты проводятся с использованием графических процессоров общего назначения. Обсуждается время счета, достигнутое при использовании различных разностных схем и подходов к описанию свойств высокотемпературного воздуха.

Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии, 18, № 4, с. 387-405 (2017) | Рубрики: 04.12 08.15