Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

08.14 Авиационная акустика

 

Остриков Н.Н. «Асимптотический метод учета влияния пограничного слоя высокоскоростного потока на характеристики распространения звуковых мод в цилиндрическом канале с жесткими стенками» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 104-112 (2022)

Работа посвящена теоретическому исследованию особенностей распространения звука в цилиндрическом канале с жесткими стенками при наличии потока с тонким пограничным слоем. Получено равномерно пригодное асимптотическое решение уравнения Придмора–Брауна, описывающего распространение звуковых мод в рассмотренной модельной ситуации при условии малой толщины пограничного слоя. Показано, что пограничный слой может оказывать существенное влияние на осевые волновые числа распространяющихся звуковых мод, и этот эффект усиливается с ростом частоты. При этом для отдельных звуковых мод, находящихся вблизи условия отсечки, может иметь место эффект конечного порядка: звуковая мода, распространяющаяся в однородном потоке без затухания, может стать затухающей при наличии тонкого пограничного слоя.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 104-112 (2022) | Рубрики: 08.01 08.06 08.14

 

Яковец М.А., Остриков Н.Н. «О распространении звука в кольцевом канале при наличии пилона» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 113-120 (2022)

Работа посвящена теоретическому исследованию особенностей распространения звука в облицованном подковообразном канале, моделирующем наружный канал авиадвигателя при наличии пилона. В результате исследования определены случаи, в которых допускается разделение переменных, т.е. возможно непосредственное аналитическое решение для собственных мод, получен вид волноводных мод. Найдены характеристические уравнения данного канала, которым удовлетворяют собственные значения, являющиеся азимутальными и радиальными волновыми числами. Проведено исследование осевых волновых чисел, характеризующих эффективность облицовки, при разных значениях импеданса при наличии и отсутствии звукопоглощающих конструкций на пилоне. Расчетная оценка показала, что облицовка пилона может привести к повышению уровня шумоглушения на 2 дБ.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 113-120 (2022) | Рубрики: 08.01 08.06 08.14

 

Зыбин К.П., Ильин А.С., Копьев А.В., Сирота В.А. «О вырождении нелинейности в турбулентной системе» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 26-30 (2022)

Рассмотрена динамика статистически однородного и изотропного магнитного поля, генерируемого несжимаемым турбулентным плазменным потоком с большим, но конечным, магнитным числом Прандтля. Оказывается, что в масштабах меньших, чем вязкий масштаб Колмогорова, нелинейное обратное воздействие магнитного поля на динамику жидкости экспоненциально затухает, несмотря на экспоненциально быстрый рост магнитного поля. Показано, что анизотропия диффузии в космической плазме приводит к дополнительному усилению эффекта затухания обратного воздействия. Также показано, что вырождение обратного воздействия приводит к энергетическому парадоксу, который разрешается на более поздней стадии развития начальных возмущений при приближении пространственного масштаба магнитных флуктуаций к колмогоровскому. Обсуждается возможность вырождения нелинейности в более сложных системах: нечто подобное может иметь место в гидродинамической турбулентности, давая возможность найти ключ к ее теоретическому анализу.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 26-30 (2022) | Рубрики: 08.05 08.14

 

Юдин М.А., Копьев В.Ф., Чернышев С.А., Фараносов Г.А. «О вкладе волн неустойчивости в перемежаемость пульсаций скорости турбулентной струи» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 31-38 (2022)

Исследуется статистика пульсаций поля давления и скорости в дозвуковой турбулентной струе. Анализируются данные, полученные ранее в численном расчете методом LES для круглой струи с числом Маха M=0.8 и числом Рейнольдса Re ∼750 000. Рассматриваются пульсации как в потенциальном ядре струи, так и в слое смешения. Для исследования статистики и выявления перемежаемости (свойства статистики отличаться от нормальной) используются функция плотности вероятности и значение эксцесса (отношения четвертого момента к квадрату второго). Показано, что в отличие от однородной изотропной турбулентности, где пульсации скорости имеют гауссовскую статистику, для турбулентной струи статистика поля скорости оказывается перемежаемой на границе потенциального ядра, и на внешней границе слоя смешения. Предложено объяснение этого различия, связанное с вкладом крупномасштабных колебаний среднего течения струи (волн неустойчивости). Также показано, что перемежаемость поля давления в области внешней границы турбулентной струи не может быть связана с крупномасштабными колебаниями, а является характеристикой мелкомасштабной турбулентности, также, как в случае однородной изотропной турбулентности.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 31-38 (2022) | Рубрики: 08.05 08.14

 

Юдин М.А., Копьев В.Ф., Чернышев С.А. «Развитие начальных возмущений при обтекании незакрепленного цилиндра циркуляционным потоком жидкости с переменной завихренностью» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 39-46 (2022)

Рассмотрена двумерная система, имеющая вид незакрепленного кругового цилиндра, помещенного в циркуляционный поток невязкой несжимаемой жидкости с переменной завихренностью. Работа посвящена изучению процессов, происходящих в критических слоях вихревых течений (область, в которой фазовая скорость возмущений совпадает со скоростью среднего течения) на примере задачи, имеющей точное аналитическое решение. Ранее для такой системы была рассмотрена и описана дискретная часть спектра, т.е. были получены отдельные собственные колебания и показано, что в определенном диапазоне параметров система обладает сдвиговой неустойчивостью. В настоящей работе рассмотрены особенности динамики системы, связанные с непрерывным спектром. С этой целью решена начальная задача и проведен анализ процесса нарастания больших возмущений завихренности в окрестности критического слоя из состояния с гладкими начальными условиями.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 39-46 (2022) | Рубрики: 08.05 08.14

 

Бычков О.П., Фараносов Г.А. «Исследование влияния угла установки крыла на характеристики рассеяния ближнего гидродинамического поля турбулентной струи» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 57-67 (2022)

Приведены результаты теоретического и экспериментального исследования влияния угла установки крыла на дальнее акустическое поле, связанное с рассеянием гидродинамических возмущений ближнего поля турбулентной дозвуковой струи на его задней кромке. Для модели, в которой рассеивающая поверхность моделируется полуплоскостью, с помощью метода Винера–Хопфа получена аналитическая зависимость основных характеристик поля рассеяния от угла установки рассеивающей поверхности. В заглушенной камере АК-2 ЦАГИ проведено экспериментальное исследование звукового поля конфигурации “сопло–пластина” при помощи подвижной азимутальной решетки микрофонов и показано хорошее соответствие теоретической модели данным измерений.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 57-67 (2022) | Рубрики: 08.05 08.14

 

Копьев В.Ф., Чернышев С.А. «О разделении акустических и гидродинамических переменных в модели звуковых источников турбулентной струи» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 4-15 (2022)

Исследуется механизм генерации шума в турбулентной струе на основе метода акустической аналогии. Целью работы является разработка модели звукового источника, в которой отсутствует так называемая сдвиговая компонента шума. Это условие было сформулировано ранее в результате анализа мультимикрофонных акустических измерений струи, которые показали, что акустические аналогии, учитывающие сдвиговый шум, расходятся с данными эксперимента. Предложенная в настоящей работе модель основана на разделении акустических и гидродинамических переменных и использовании оператора распространения, в котором не содержатся гидродинамические степени свободы. Такой подход позволяет естественным образом исключить сдвиговую компоненту в звуковом излучении и добиться хорошего соответствия данным акустических измерений. Моделирование звукового источника проводится в рамках предположений о квадрупольности и изотропности пульсаций, ответственных за звуковое излучение. Проводится сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными по направленности основных азимутальных гармоник звукового излучения струи со скоростью 120 м/c. Полученные результаты дают важный вклад в понимание природы излучающей звук турбулентности в сдвиговых потоках.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 4-15 (2022) | Рубрики: 08.06 08.14

 

Демьянов М.А. «Метод генерации линейного оператора в обратной задаче идентификации аэроакустических источников» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 121-127 (2022)

Рассмотрена задача нахождения амплитуд акустических источников по данным синхронных многомикрофонных измерений акустического поля. Предложен метод, основанный на построении линейного оператора, переводящего Фурье-образы сигналов с микрофонов в амплитуды источников. Метод верифицирован на тестовых примерах локализации монопольных и дипольных источников, произведено сравнение акустических карт локализации, полученных разработанным методом и стандартным алгоритмом бимформинг. Исследованы возможности дальнейшего развития разработанной методологии.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 121-127 (2022) | Рубрики: 08.06 08.14

 

Беляев И.В., Горбовской В.С., Кажан А.В., Фараносов Г.А. «Снижение шума высокоскоростной струи двигателя сверхзвукового гражданского самолета по результатам акустических испытаний модели плоского сопла в заглушенной камере АК-2 ЦАГИ» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 47-56 (2022)

Шум струи, как ожидается, будет важным источником шума перспективного сверхзвукового гражданского самолета (СГС) на режимах взлета и набора высоты, так что разработка методов снижения шума струи СГС является необходимым условием обеспечения СГС норм по шуму на местности. В рамках исследований по снижению шума струи СГС были проведены акустические испытания маломасштабной модели плоского сопла типа “миксер-эжектор” с системой шумоглушения на режимах работы, соответствующих взлету и набору высоты, включая наличие спутного потока. Были получены спектральные характеристики и диаграммы направленности шума в дальнем поле для широкого диапазона азимутальных и полярных углов. Результаты проведенных измерений сравнивались с двумя базовыми вариантами: 1) одно круглое сопло с тем же перепадом давления и той же тягой, что и плоское сопло, 2) два одинаковых круглых сопла, с тем же перепадом давления и той же суммарной тягой, что и плоское сопло. Для эквивалентных струй, соответствующих этим двум базовым вариантам, на основе полуэмпирической методики ЦАГИ расчета шума струй был определен шум в дальнем поле. Сравнение с экспериментальными данными плоского сопла показало, что имеются диапазоны углов наблюдения и частот, где наблюдается снижение шума за счет применения плоского сопла по сравнению с эквивалентными круглыми струями, и диапазоны, где плоское сопло оказывается шумнее. Проведенный пересчет спектров на натурные масштабы и оценка шума СГС в метрике EPNL показали, что применение данного плоского сопла может приводить к интегральному эффекту снижения шума на местности по сравнению с круглыми соплами.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 47-56 (2022) | Рубрики: 08.14 10.01 10.05 14.02

 

Копьев В.Ф., Зайцев М.Ю., Величко С.А., Долотовский А.В., Шевяков В.И. «Об определении аэродинамического шума основных элементов натурного самолета с использованием многомикрофонной антенны и алгоритмов бимформинга» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 68-81 (2022)

Представлены результаты акустического летного эксперимента по локализации и ранжированию источников аэродинамического шума натурного самолета с использованием 108-микрофонной антенны. В результате проведенных исследований получены уникальные данные о пространственном положении основных источников шума натурного самолета и их частотном составе, а также проведен сравнительный анализ относительного вклада каждого из источников в суммарный шум самолета для различных режимов полета. Представленные результаты будут использованы при разработке малошумных конфигураций отечественных пассажирских самолетов для обеспечения конкурентоспособных уровней шума на местности, удовлетворяющих современным и перспективным нормам ИКАО.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 68-81 (2022) | Рубрики: 08.14 10.01 10.05 14.02

 

Беляев И.В., Копьев В.Ф., Зайцев М.Ю., Остриков Н.Н. «Испытания маломасштабного шасси регионального самолета в заглушенной камере АК-2 цаги и сравнение с результатами летного эксперимента» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 82-89 (2022)

В связи с успехами в области снижения шума двигателя, шум планера стал одним из основных источников шума современных самолетов при заходе на посадку. Шасси является важным источником шума планера, и его снижение необходимо для дальнейшего снижения общего шума самолета и удовлетворения действующим и перспективным нормам по шуму на местности. Задача моделирования и снижения аэродинамического шума при обтекании потоком такого сложного объекта, как шасси современного самолета, состоящего из большого числа элементов разных форм и размеров, крайне сложна. В России экспериментальные исследования шума шасси можно проводить либо на маломасштабных моделях (в частности, в заглушенной камере АК-2 ЦАГИ), либо в натурном эксперименте с помощью метода локализации источников шума (так называемого бимформинга). Таким образом, представляет интерес сравнение измерений шума маломасштабных моделей шасси самолета и результатов летных испытаний, в которых с помощью метода бимформинга измеряется шум шасси. В данной работе впервые в отечественной практике проведено такое сравнение применительно к шуму шасси регионального самолета и предложен метод пересчета результатов испытаний маломасштабных моделей шасси на натурные масштабы.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 82-89 (2022) | Рубрики: 08.14 10.01 10.05 14.02

 

Копьев В.Ф., Остриков Н.Н., Денисов С.Л., Яковец М.А., Ипатов М.С. «Сравнительное исследование методов извлечения импеданса на различных установках типа "интерферометр с потоком", выполненное по результатам анализа экспериментальных данных, полученных в рамках проекта IFAR» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 90-103 (2022)

Обсуждаются результаты сравнительных исследований различных методов извлечения импеданса звукопоглощающих конструкций по результатам измерений на различных установках типа “Интерферометр с потоком”. В качестве исследуемых образцов звукопоглощающих конструкций использовались классические однослойные звукопоглощающие конструкции. Извлечение импеданса проводилось как при отсутствии, так и при наличии спутного воздушного потока. Выявлена зависимость извлеченных значений импеданса от числа использовавшихся микрофонов и их положения, как при наличии воздушного потока, так и при его отсутствии. Сравнение извлеченных значений импеданса, полученного на различных установках и различными методами при наличии воздушного потока, показало зависимость значений действительной и мнимой частей импеданса от метода извлечения и частоты.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 90-103 (2022) | Рубрики: 08.14 14.02

 

Зверев А.Я., Черных В.В. «Исследования перспективных средств снижения вибраций самолетных конструкций при их акустическом возбуждении» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 128-136 (2022)

В реверберационных камерах и на натурном стенде проведены испытания по определению вибрационных характеристик типовой фюзеляжной панели регионального самолета, а также конструкций борта, закрылка и крыла реального самолета с различным вибродемпфирующим набором. В условиях акустического возбуждения модельной панели и реальных самолетных конструкций определена эффективность следующих средств снижения вибраций: изменение граничных условий и жесткости шпангоутов; облицовка конструкции односторонними вибродемпфирующими сэндвичами и листовыми вибропоглощающими материалами ВТП-1В, СКЛГ-6020М; применение имитаторов стрингеров и шпангоутов, в том числе в комплекте с двусторонними вибродемпфирующими сэндвичами. Показано, что, применяя комбинацию различных методов, можно добиться существенного снижения вибраций конструкции в широком диапазоне частот. На низких частотах эффективным средством является преобразование длинноволновых форм колебаний шпангоута в более коротковолновые. В области средних частот эффективно снижают вибрации конструкции односторонние сэндвичи, а также имитаторы стрингеров совместно с двусторонними сэндвичами. В области высоких частот наиболее эффективна облицовка конструкции листовыми вибропоглощающими покрытиями.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 128-136 (2022) | Рубрики: 08.14 14.02

 

Сухинец Ж.А. «Измерение средней температуры газов газотурбинных двигателей с использованием различных типов датчиков» Авиакосмическое приборостроение, № 11, с. 69-78 (2013)

Рассмотрены методы измерения температуры газов авиационных газотурбинных двигателей (ГТД) с применением термопреобразователей и струйно-акустических датчиков и вычисления среднего параметра для выработки управляющего сигнала для систем регулирования и диагностики. Температура в камерах сгорания распределяется весьма неравномерно по сечению и разброс достигает 350°С, что вызывает необходимость использования большого количества термодатчиков и дальнейшее усреднение их параметров. При занижении средней температуры из-за нарушений идентичности сопротивлений соединительных проводов в цепях термопар система регулирования необоснованно изменит режим работы ГТД, что приведет к повышению температуры выходящих газов, а это может вызвать выгорание лопаток турбины. Предложен способ измерения среднего значения температуры среды с неоднородным температурным полем и устройство для его осуществления с использованием двухпроводной линии связи с измерительным блоком и однотипных стандартных терморезисторов (датчиков температуры) в качестве элементов фазирующей цепочки, что обеспечит экономичность, простоту монтажа и технического обслуживания, высокую надежность и ремонтопригодность. Рассмотрены оригинальное устройство усреднения температуры газов при использовании термопреобразователей с повышенным быстродействием и точностью выработки управляющего воздействия САУ ГТД, а также простая в изготовлении и надежная в эксплуатации схема измерителя средней температуры от частотных датчиков, благодаря отсутствию вычислительного устройства.

Авиакосмическое приборостроение, № 11, с. 69-78 (2013) | Рубрики: 08.14 14.04

 

«Тематический выпуск "Вычислительный эксперимент в аэроакустике"» Математическое моделирование, 34, № 7, с. 3-4 (2022)

Математическое моделирование, 34, № 7, с. 3-4 (2022) | Рубрика: 08.14

 

Болсуновский А.Л., Брагин Н.Н., Бузоверя Н.П., Перченков Е.С., Чернышев И.Л., Скоморохов С.И. «Расчетно-экспериментальные исследования малошумного самолета с ламинарным крылом и двигателями над задней кромкой крыла» Математическое моделирование, 34, № 7, с. 5-23 (2022)

лавным направлением развития современной коммерческой авиации является не только повышение безопасности и топливной эффективности самолётов, но и снижение воздействия на окружающую среду, особенно по допустимому шуму на местности. Одной из идей является перенос силовой установки на верхнюю поверхность крыла для экранирования шума двигателя крылом. Такое решение может приводить к усугублению неблагоприятных явлений трансзвуковой интерференции между элементами планера, вынуждая снижать крейсерскую скорость до числа Маха M=0.7–0.75, вместо наиболее распространенной M=0.78–0.8. Решение проблемы интерференции на крейсерском режиме для малошумных компоновок требует усовершенствования устоявшейся методики проектирования.

Математическое моделирование, 34, № 7, с. 5-23 (2022) | Рубрики: 08.14 10.01

 

Шорстов В.А. «Возможности и ограничения применения зонного RANS-IDDES подхода к задаче расчета шума вентилятора турбовентиляторных двигателей» Математическое моделирование, 34, № 9, с. 37-53 (2022)

Выполнен анализ возможности применения разработанного автором зонного RANS-IDDES метода, включающего схему с локальным введением неявности к задаче расчета шума вентиляторов турбовентиляторных двигателей. Представлены оценки необходимой мощности сетки для использования Wall Modeled LES на 1/4 хорды лопаток ротора около их задних кромок, составившие более 600M ячеек и сделан вывод о невозможности рассмотрения течения в вихреразрешающей постановке для пограничных слоев на лопатках ротора от их передних кромок для текущих и перспективных расчетов. Расчетом подтверждены уже опубликованные представления о том, что зонный подход к вихреразрешению с явной и качественной генерацией турбулентного контента предпочтителен для таких задач. Отмечена важность качественного описания в рамках URANS областей около передних кромок лопаток ротора, особенно в окрестности радиального зазора. Предложена модификация генератора синтетической турбулентности, улучшающая качество генерации для неоднородного среднего поля скоростей. В итоге в расчете получен шум ступени вентилятора, хорошо согласующийся с экспериментом как в тональной, так и в широкополосной частях.

Математическое моделирование, 34, № 9, с. 37-53 (2022) | Рубрики: 08.14 10.01

 

Козин Ф.А. «Программный комплекс для моделирования работы алгоритмов управления движением наноспутников на аэродинамическом столе» Математическое моделирование, 34, № 10, с. 20-42 (2022)

Приведено описание программного комплекса для моделирования алгоритмов управления движением наноспутников на аэродинамическом столе. Представлена структура программы, математические модели движения, описаны алгоритмы управления движением и навигации макетов наноспутников на плоскости. Программный комплекс осуществляет связь между станцией и бортовыми компьютерами макетов на столе, макеты получают информацию о положении на аэродинамическом столе по результатам обработки изображений камеры. Перед проведением экспериментов проводятся калибровочные испытания, с помощью которых определяются возмущения, действующие на столе, и оценивается величина управляющего воздействия актюаторов. На стенде проводятся эксперименты по автономному движению макетов в задачах группового полёта, а также тестируются различные подходы к активному уводу космического мусора.

Математическое моделирование, 34, № 10, с. 20-42 (2022) | Рубрики: 08.14 14.02

 

Ковыркина О.А., Курганов А.А., Остапенко В.В. «Сравнительный анализ точности трех различных схем при сквозном расчете ударных волн» Математическое моделирование, 34, № 10, с. 43-64 (2022)

Проведен сравнительный анализ точности численных схем WENO (Weighted Essentially Non-Oscillatory), CWA (Compact high order Weak Approximation) и CU (Central-Upwind) при расчете разрывных решений с ударными волнами, распространяющимися с переменной скоростью. Показано, что WENO и CU схемы повышенной точности на гладких решениях, при построении которых используется нелинейная коррекция потоков, имеют приблизительно пеpвый поpядок интегральной сходимости на интервалах, одна из границ которых находится в области влияния ударной волны. В то же время CWA схема повышенного порядка слабой аппроксимации, при построении которой нелинейная коррекция потоков не применяется, сохраняет приблизительно второй порядок интегральной сходимости в областях влияния ударных волн. В результате в этих областях точность WENO и CU схем оказывается существенно ниже, чем CWA схемы. Предлагается теоретическое обоснование этих численных результатов.

Математическое моделирование, 34, № 10, с. 43-64 (2022) | Рубрика: 08.14

 

Михайлов И.Е. «Профилирование сверхзвуковой части пространственного сопла максимальной тяги» Журнал вычислительной математики и математической физики, 61, № 10, с. 1684-1692 (2021)

Рассматривается задача о нахождении формы пространственной сверхзвуковой части сопла, проходящей через круглое критическое сечение сопла и выходной контур, вписанный в заданные габариты, которая имеет наибольшую тягу среди всех возможных допустимых форм. Составляется функционал Лагранжа, в котором все уравнения газовой динамики и граничное условие учитываются с помощью переменных множителей Лагранжа. Выписывается первая вариация функционала. Уравнения и связи, обращающие первую вариацию в нуль, образуют сопряженную задачу для множителей Лагранжа и условие оптимальности. Разработан вычислительный алгоритм совместного решения уравнений газовой динамики и сопряженной задачи. Приводятся примеры расчетов.

Журнал вычислительной математики и математической физики, 61, № 10, с. 1684-1692 (2021) | Рубрика: 08.14

 

Бычков О.П., Зайцев М.Ю., Копьев В.Ф., Фараносов Г.А., Чернышев С.А. «О двух подходах к моделированию шума низкоскоростных дозвуковых струй» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 16-25 (2022)

Представлено подробное исследование структуры звукового поля дозвуковой турбулентной струи. Для анализа используются экспериментальные данные, полученные методом азимутальной декомпозиции, и численные данные, полученные методом моделирования крупных вихрей. Проводится сравнение двух подходов к моделированию источников шума: модели “мелкомасштабной” турбулентности и модели волн неустойчивости. Показано, что модель “мелкомасштабной” турбулентности позволяет воспроизвести нетривиальные характеристики направленности излучения азимутальных мод в широком диапазоне параметров и, по-видимому, является более адекватной реальной физике процессов генерации шума в дозвуковых струях.

Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 16-25 (2022) | Рубрики: 04.01 08.05 08.06 08.14

 

Широбоков Д.А. «Консервативный метод третьего порядка точности на пространственной неструктурированной сетке для решения задач газовой динамики» Журнал вычислительной математики и математической физики, 62, № 1, с. 175-192 (2022)

Рассматривается метод конечного объема третьего порядка точности в пространственном случае на неструктурированной сетке. Приведено подробное описание метода на примере уравнения неразрывности. Метод используется при решении задачи о нестационарном обтекании сферы вязким сжимаемым газом при малых числах Рейнольдса. Ключевые слова: метод конечных объемов, неструктурированные сетки, уравнения Навье–Стокса, обтекание сферы.

Журнал вычислительной математики и математической физики, 62, № 1, с. 175-192 (2022) | Рубрики: 04.01 08.14

 

Валиев Х.Ф., Крайко А.Н., Тилляева Н.И. «Об упрощении численных и аналитических “инструментов” описания “звукового удара”» Журнал вычислительной математики и математической физики, 62, № 4, с. 642-658 (2022)

В свете современного состояния и тенденций развития методов математического моделирования звукового удара от сверхзвуковых летательных аппаратов обсуждается место численных и аналитических инструментов его описания. Отмечена возрастающая роль численных расчетов на адаптированных к особенностям течения сетках в рамках стационарных уравнений Эйлера (в координатах летательных аппаратов на “крейсерском” режиме полета) до расстояний от нескольких до пары десятков его длин. Другая важная тенденция – замена развивавшегося с середины ХХ в. сложного численно-аналитического аппарата описания “среднего” и “дальнего” полей звукового удара более простыми подходами, в том числе, без обращения к функции Уизема. В развитие этих тенденций в рамках уравнений Эйлера продемонстрирована возможность численного расчета типичных для звукового удара волновых структур без ограничений на расстояния и на интенсивности ударных волн, включая крайне малые. Описание эволюции звукового удара с удаления в 15–20 длин летательных аппаратов и до Земли сведено к мгновенному решению следующих из осесимметричных уравнений Эйлера задач Коши для обыкновенных дифференциальных уравнений. Вязкое размазывание слабых ударных волн описывает известное одномерное стационарное решение уравнений Навье–Стокса.

Журнал вычислительной математики и математической физики, 62, № 4, с. 642-658 (2022) | Рубрики: 04.01 04.12 08.10 08.14

 

Толстых А.И., Широбоков Д.А. «О возбуждении и развитии неустойчивости в пограничном слое сжимаемого газа, наблюдаемых при высокоточном численном моделировании без введения искусственных возмущений» Журнал вычислительной математики и математической физики, 62, № 7, с. 1209-1223 (2022)

Приводятся численные решения нестационарных уравнений Навье–Стокса в задаче о неустойчивости пограничного слоя на пластине, мгновенно введенной в дозвуковой поток, полученные на основе схемы с мультиоператорными аппроксимациями 16-го порядка. Использовалась традиционная постановка задачи без введения каких-либо источников возбуждения неустойчивости. Неустойчивые моды возникали вследствие наличия контролируемого фона малых возмущений точных решений, создаваемого аппроксимационными погрешностями схемы. Представленные решения описывают сценарий возникновения пакетов волн Толмина–Шлихтинга в окрестности передней кромки с зависящей от времени интенсивностью и их распространения вниз по потоку с возрастающими амплитудами. Оценивается влияние спектрального состава диссипативной части схемы на волновые числа и амплитуды волновых пакетов. Обсуждается соответствие развития неустойчивости в полученных решениях основным результатам линейной теории.

Журнал вычислительной математики и математической физики, 62, № 7, с. 1209-1223 (2022) | Рубрики: 04.01 04.12 08.14

 

Козубская Т.К., Плаксин Г.М., Софронов И.Л. «Постановка и метод решения задачи бимформинга для локализации акустического источника на основе данных вычислительного эксперимента» Журнал вычислительной математики и математической физики, 61, № 11, с. 1904-1926 (2021)

Статья посвящена постановке задачи бимформинга, целью которой является определение непрерывной функции акустического источника на основе анализа пространственно-временных данных вычислительного эксперимента в задачах аэродинамики и аэроакустики, и разработке численного метода ее решения. Под вычислительным экспериментом понимается максимально точное воспроизведение исследуемого турбулентного течения путем его численного моделирования, что сегодня становится возможным благодаря использованию вихреразрешающих подходов, методов повышенной точности, сеток большой размерности и мощной суперкомпьютерной техники. В работе сформулированы условия на параметры сеток дискретизации области источника монопольного типа и сетки микрофонов для обеспечения корректности и точности работы алгоритма. Предложен способ задания входящих в указанные условия численных параметров, корректность которых контролируется величиной числа обусловленности оператора бимформинга. В случае нарушения условий корректности рассмотрена регуляризация оператора бимформинга с целью получения функции источника с приемлемой точностью. Показано, что предложенный численный метод бимформинга с высокой точностью восстанавливает функцию источника на тестовых примерах, а его применение к расчетным данным вычислительного эксперимента по турбулентному обтеканию сегмента крыла с механизацией дает хорошее согласие с полученными в ходе эксперимента результатами анализа акустического поля.

Журнал вычислительной математики и математической физики, 61, № 11, с. 1904-1926 (2021) | Рубрики: 04.11 08.14

 

Горобец А.В., Дубень А.П., Козубская Т.К., Родионов П.В. «Подходы к численному моделированию акустического поля, создаваемого крылом самолета с механизацией на режиме посадки» Математическое моделирование, 34, № 7, с. 24-48 (2022)

Работа посвящена оценке применимости метода IDDES для моделирования акустики, создаваемой крылом самолета с механизацией на режиме посадки. Тестирование проводится на валидационной задаче об обтекании прямого крылового сегмента, основанного на трехкомпонентном профиле 30P30N. Сравнение результатов расчетов с экспериментальными данными производится по аэродинамике и акустике ближнего поля. При помощи метода FWH моделируется акустика дальнего поля, приводятся полученные спектры и диаграмма направленности. Тестируется возможность использования поглощающих слоев в качестве альтернативных граничных условий на концах сегмента, демонстрируется их влияние на получаемое численное решение.

Математическое моделирование, 34, № 7, с. 24-48 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14

 

Гурбатов С.Н., Демин И.Ю., Лисин А.А., Карабасов С.А., Тюрина А.В. «Численное моделирование эволюции интенсивной аэродинамической струи в дальней зоне распространения» Математическое моделирование, 34, № 7, с. 49-62 (2022)

Рассмотрены условия истечения недорасширенной сверхзвуковой струи из эксперимента LTRAC (Laboratory for Turbulent Research in Aerospace and Combustion, университет Monash, Австралия). Проведен анализ характерных параметров линейного и нелинейного переноса для струи LTRAC с использованием решений LES из ближнего и дальнего акустического поля. В обоих случаях показано выполнение условий линейного сценария переноса звука на расстояния, характерные для акустического эксперимента LTRAC. Для верификации теоретических оценок также получены численные решения сферического уравнения Бюргерса, используя начальные данные из расчета LES. Эволюционное уравнение Бюргерса решается численно в частотной области в дальней зоне до тех пор, пока эффект линейной диссипации не станет преобладающим. Решение выполняется с учетом и без учета нелинейного акустического члена, что важно для оценки влияния нелинейности на спектры аэродинамического шума в дальней зоне.

Математическое моделирование, 34, № 7, с. 49-62 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14

 

Егоров И.В., Новиков А.В., Чувахов П.В. «Численное моделирование развития турбулентных пятен в сверхзвуковом пограничном слое на пластине» Математическое моделирование, 34, № 7, с. 63-72 (2022)

Проведено прямое численное моделирование развития турбулентных пятен в пограничном слое на плоской пластине под нулевым углом атаки при числе Маха набегающего потока M=6. Рассмотрено распространение искусственно возбуждённых локализованных трёхмерных вихревых возмущений с различными начальными амплитудами, которые при распространении вниз по потоку развиваются в турбулентные пятна. Моделирование выполнено в рамках решения уравнений Навье–Стокса для пространственных течений сжимаемого газа с помощью авторского расчётного кода, реализующего неявный метод сквозного счёта. Показано, что универсальная квазимонотонная численная схема позволяет корректно оценивать основные характеристики турбулентных пятен – угол поперечного раскрытия и скорости переднего и заднего фронтов. Продемонстрировано согласование полученных параметров пятен с результатами других авторов.

Математическое моделирование, 34, № 7, с. 63-72 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14

 

Солнцев И.А., Карабасов С.А. «Разработка неструктурированного кода для вращающихся зон на основе метода Кабаре с улучшенными спектральными свойствами» Математическое моделирование, 34, № 7, с. 73-92 (2022)

Разрабатывается модификация схемы Кабаре для вращающихся сеток, окруженных внешней фиксированной зоной. Кабаре – консервативная/характеристическая схема второго порядка по пространству и времени с компактным шаблоном, которая обладает малодиссипативными и низкодисперсионными свойствами в задачах вычислительной аэроакустики. Чтобы расширить этот метод для задачи обтекания вращающегося пропеллера, добавлена аппроксимация неинерциальных членов во вращающихся зонах для консервативных шагов и разработана соответствующая модификация характеристического шага на скользящей контактной поверхности. Реализован эволюционный подход, обеспечивающий сохранение потоков консервативных переменных через контактную поверхность. Разрабатываемая версия дополнена алгоритмом улучшения дисперсионных свойств схемы с помощью введения антидисперсионного члена, выраженного через производную потоков. Процедура нелинейной коррекции расширена модифицированным ограничителем потока, позволяющим снизить уровень диссипации решения. Выполнено тестирование кода на задачах распространения акустических плоских волн через контактные поверхности и вращающуюся зону. Показано, что разрабатываемый метод сохраняет основные характеристики базового алгоритма Кабаре

Математическое моделирование, 34, № 7, с. 73-92 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14

 

Босняков С.М., Енгулатова М.Ф., Матяш С.В., Михайлов С.В. «Математическое моделирование как неотъемлемая часть методологии эксперимента в аэродинамических трубах» Математическое моделирование, 34, № 7, с. 93-112 (2022)

Показано, что предварительное математическое моделирование является неотъемлемой частью экспериментальной методики. Оно может использоваться на разных этапах подготовки эксперимента в аэродинамической трубе (АДТ). Полученная в расчете предварительная информация задает направление экспериментальных исследований, помогает выбрать области для установки экспериментального оборудования, а также избегать ошибок во время проведения эксперимента.

Математическое моделирование, 34, № 7, с. 93-112 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14

 

Липавский М.В., Толстых А.И., Широбоков Д.А. «Параллельная реализация мультиоператорной схемы 16-го порядка: приложение к задачам неустойчивости вихрей и пограничных слоев» Математическое моделирование, 34, № 8, с. 3-18 (2022)

Рассматривается семейство схем для уравнений Эйлера и Навье–Стокса, основанное на мультиоператорных аппроксимациях производных с обращением двухточечных операторов и позволяющее обеспечивать очень высокие порядки. Описана общая идея MPI-параллелизации рассматриваемого типа алгоритмов, а также оценки параллельной эффективности. Представлены результаты прямого численного моделирования возникновения и развития неустойчивости двух типов – неустойчивости вихря гауссовского типа в дозвуковом потоке и неустойчивость Толмина–Шлихтинга в дозвуковом пограничном слое. Общей чертой этих вычислений было отсутствие каких-либо искусственных возбуждений. «Возбудителями» неустойчивости оказались малые отличия численных решений от точных, широкополосные спектры которых могут указывать на некоторую аналогию с естественным турбулентным фоном в реальных течениях.

Математическое моделирование, 34, № 8, с. 3-18 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14

 

Чувахов П.В., Погорелов И.О. «Источники турбулентности на прямом крыле сверхзвукового пассажирского самолёта» Математическое моделирование, 34, № 8, с. 19-37 (2022)

В рамках полных уравнений Навье–Стокса рассмотрены два наиболее вероятных источника возмущений, которые способны приводить к турбулизации пограничного слоя на гладком прямом крыле сверхзвукового пассажирского самолёта: атмосферная турбулентность и акустический шум от турбулентного пограничного слоя на фюзеляже. Проанализированы частотно-волновые характеристики возмущений, развивающихся в пограничном слое на крыле; выявлен основной механизм перехода к турбулентности. Результаты расчётов сопоставлены с результатами линейной теории устойчивости.

Математическое моделирование, 34, № 8, с. 19-37 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14

 

Кирюшина М.А., Елизарова Т.Г., Епихин А.С. «Моделирование взаимодействия вихревого образования с ударной волной для тестирования численных алгоритмов» Математическое моделирование, 34, № 9, с. 54-70 (2022)

Приведены результаты численного моделирования задачи о взаимодействии вихревого течения с ударной волной на примере использования квазигазодинамического (КГД) численного алгоритма, который реализован в решателе QGDFoam. В основу алгоритма положены регуляризованные уравнения газовой динамики. Алгоритм реализован в рамках открытого программного комплекса OpenFOAM. Результаты сравниваются с опубликованными данными, полученными на основе метода типа Годунова высокого порядка точности и вариантов метода Курганова–Тадмора, включенных в состав открытого программного комплекса.

Математическое моделирование, 34, № 9, с. 54-70 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14