Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

04.12 Численные методы, компьютерное моделирование

 

Крайко А.Н., Мельникова О.М., Пьянков К.С. «Линейный и нелинейные подходы и цифровая обработка сигналов в вычислительной аэроакустике» Теоретическая и прикладная газовая динамика. Труды ЦИАМ № 1341. Т. 1, с. 439-452 (2010). 488 с.

Выполнено сравнение линейного и нелинейного подходов к расчету распространения и эволюции малых акустических возмущений в неоднородных потоках. В общепринятом линейном подходе численно интегрируются линеаризованные уравнения нестационарного течения идеального (невязкого и нетеплопроводного) или вязкого газа. При нелинейном подходе интегрируются исходные нелинейные уравнения того же нестационарного течения (для идеального газа – уравнения Эйлера), которые и при линейном подходе вместе с процедурой установления используются для расчета стационарного фона. Показано, что применение широко используемой в акустических экспериментах цифровой обработки сигналов позволяет из результатов интегрирования нелинейных уравнений выделять гармонические акустические волны, интенсивность которых меньше интенсивности шума, обусловленного погрешностями счета, в том числе, плохим установлением стационарного фона.

Теоретическая и прикладная газовая динамика. Труды ЦИАМ № 1341. Т. 1, с. 439-452 (2010). 488 с. | Рубрики: 04.01 04.12 08.14 08.15

 

Крайко А.Н., Валиев Х.Ф., Тилляева Н.И. «Устойчивость стационарных течений с детонационной волной в канале переменной площади» Фундаментальные и прикладные проблемы газовой динамики и физической химии в авиационном двигателестроении. Сборник научных трудов, с. 64-69 (2020)

Фундаментальные и прикладные проблемы газовой динамики и физической химии в авиационном двигателестроении. Сборник научных трудов, с. 64-69 (2020) | Рубрики: 04.01 04.12 08.14

 

Абалакин И.В., Бахвалов П.А., Горобец А.В., Дубень А.П., Козубская Т.К. «Параллельный программный комплекс NOISEtte для крупномасштабных расчетов задач аэродинамики и аэроакустики» Вычислительные методы и программирование, 13, № 3, с. 110-125 (2012)

Представлен программный комплекс NOISEtte, основанный на схемах повышенной точности с определением переменных в узлах неструктурированных сеток, который позволяет моделировать задачи газовой динамики и аэроакустики с использованием десятков тысяч процессорных ядер суперкомпьютера. Приводится обзор лежащих в основе численных методов и моделей, включающий в себя пространственную дискретизацию, интегрирование по времени, модели турбулентности и модели дальнего поля. Подробно описаны особенности программной реализации. Большое внимание уделяется распараллеливанию в рамках двухуровневой модели MPI+OpenMP.

Вычислительные методы и программирование, 13, № 3, с. 110-125 (2012) | Рубрики: 04.01 04.11 04.12 10.06

 

Волков К.Н., Емельянов В.Н., Цветков А.И., Чернышов П.С. «Механизмы генерации и источники шума сверхзвуковых струй и численное моделирование их газодинамических и аэроакустических характеристик» Вычислительные методы и программирование, 20, № 4, с. 498-515 (2019)

Интерес к разработке моделей и методов, направленных на изучение механизмов генерации шума в струйных течениях, объясняется постоянно ужесточающимися требованиями по шуму, производимому различными промышленными устройствами. Рассматриваются модели, лежащие в основе вычислительной газовой динамики и аэроакустики, а также интегральные методы расчета шума в дальнем поле и особенности численной реализации соответствующих математических моделей. Возможности разработанных средств численного моделирования демонстрируются на примере расчета шума, генерируемого сверхзвуковыми недорасширенными струями. Обсуждается влияние перепада давления на структуру струи, а также распределения газодинамических и акустических характеристик. Представленные средства численного моделирования задач вычислительной газовой динамики и вычислительной аэроакустики представляют собой инструменты решения исследовательских и инженерных задач, а также служат основой разработки новых методов и вычислительных алгоритмов.

Вычислительные методы и программирование, 20, № 4, с. 498-515 (2019) | Рубрики: 04.09 04.12 05.12

 

Волков К.Н., Емельянов В.Н., Чернышов П.С. «Газодинамические и акустические характеристики струи, истекающей из конического сопла в затопленное пространство» Инженерно-физический журнал, 95, № 2, с. 416-427 (2022)

Рассмотрено истечение дозвуковых и сверхзвуковых струй из конического сопла в затопленное пространство. Определено влияние перепада полного давления на входе в сопло и статического давления в окружающем пространстве на структуру такой струи и на распределения ее газодинамических и акустических параметров. Выполнены расчеты уровня шума струи в дальнем поле. Проведено сравнение результатов численного моделирования с имеющимися экспериментальными и расчетными данными. Представленные средства численного моделирования задач вычислительной газовой динамики и аэроакустики могут быть использованы для решения исследовательских и инженерных задач, а также для разработки новых вычислительных алгоритмов

Инженерно-физический журнал, 95, № 2, с. 416-427 (2022) | Рубрики: 04.09 04.12 05.12

 

Александров В.Г., Осипов А.А. «Разработка математических моделей для исследования физических механизмов генерации тонального шума в авиационных турбомашинах» Теоретическая и прикладная газовая динамика. Труды ЦИАМ № 1341. Т. 1, с. 390-438 (2010). 488 с.

Разработаны две версии метода математического моделирования тонального звука, генерируемого в ступени осевой турбомашины (компрессора или вентилятора), на основе двумерного расчета нестационарного аэродинамического взаимодействия ротора и статора. Соответствующая расчетная процедура опирается на численное интегрирование уравнений нестационарного течения газа с помощью явной конечно-разностной схемы Годунова–Колгана–Родионова второго порядка точности по пространству и времени. Основным фактором, определяющим характеристики рассматриваемого ротор-статорного взаимодействия, является система кромочных следов, индуцируемых роторной решеткой при ее обтекании вязким потоком и воздействующих нестационарным образом на расположенную ниже по потоку статорную решетку. В рамках данной разработки для моделирования кромочных следов используются два различных подхода. В одном из них используется упрощенная процедура, которая заключается в искусственном инициировании в невязком потоке в некотором фронтальном сечении за роторной решеткой соответствующей периодической системы сдвиговых слоев, описываемых, например, известными по-луэмпирическими соотношениями для стационарных автомодельных турбулентных кромочных следов за профилями решетки или определяемых по результатам расчета стационарного вязкого турбулентного обтекания роторной решетки на основе традиционного подхода RANS. Дальнейшая эволюция введенных таким образом кромочных следов при их натекании на статорную решетку описывается в рамках уравнений двумерного нестационарного течения с учетом «размазывания» следа за счет вязких сил трения. Второй подход опирается на численное интегрирование уравнений нестационарного турбулентного течения вязкого теплопроводного газа согласно технологии URANS, в которых для описания характеристик турбулентности потока используется однопараметрическая дифференциальная модель для турбулентной вязкости «vt-90». Для радикального сокращения потребных вычислительных ресурсов и соответствующего увеличения быстродействия расчетной процедуры при описании процесса формирования роторных кромочных следов используются соотношения «закона стенки» Патанкара и Сполдинга для параметров потока в ламинарном подслое пограничного слоя на обтекаемой турбулентным потоком поверхности лопатки. Характеристики генерируемого в ступени акустического поля определяются на основе гармонического анализа нестационарного поля течения перед и за ступенью. Результаты проведенных тестовых расчетов характеристик тонального звука, генерируемого в ступени согласно данной модели, демонстрируют их удовлетворительную сходимость при измельчении сеточной дискретизации рассчитываемых полей течения.

Теоретическая и прикладная газовая динамика. Труды ЦИАМ № 1341. Т. 1, с. 390-438 (2010). 488 с. | Рубрики: 04.11 04.12 04.16 08.14

 

Дубень А.П., Козубская Т.К. «Моделирование течения возле наклонного обратного уступа BFS45 с помощью кода NOISEtte» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 126-127 (2022)

Представлены результаты расчетов сверхзвукового турбулентного течения возле наклонного (угол 45°) обратного уступа (BFS45).

Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 126-127 (2022) | Рубрика: 04.12

 

Дубень А.П., Козубская Т.К., Рыбак С.П., Михайлов М.В. «Расчет пульсаций давления на ракете космического назначения на этапе выведения» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 128-129 (2022)

Одной из важных задач, связанных с разработкой ракет космического назначения (РКН) является оценка нестационарных пульсаций давления на ее поверхностях. На этапе выведения при трансзвуковых и сверхзвуковых режимах обтекания различные зоны вблизи важных внутренних и внешних составных частей РКН подвергаются воздействию повышенных пульсационных нагрузок. Возле ракеты образуется сложное турбулентное течение, характеризующееся наличием локальных отрывов потока и ударных волн, взаимодействующих со слоями смешения и с турбулентным пограничным слоем. Представлены результаты крупномасштабных расчетов турбулентных течений, возникающих на поверхности РКН на этапе выведения. Рассматриваются трансзвуковые и сверхзвуковые режимы обтекания (характерные числа Маха от 0.8 до 1.3, числа Рейнольдса – порядка 109). Численное моделирование проводится с помощью вихреразрешающего гибридного RANS-LES подхода.

Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 128-129 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14 18

 

Дубень А.П., Козубская Т.К., Родионов П.В. «Моделирование аэродинамики дельтовидного крыла на режиме посадки» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 130-131 (2022)

Целью работы является валидация программного комплекса NOISEtte на задаче об обтекании дельтовидного крыла и применение протестированных моделей и методов для решения индустриальных задач. Представлены результаты RANS и IDDES моделирования обтекания дельтовидного крыла, проведено сравнение с экспериментальными данными

Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 130-131 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14

 

Егоров И.В., Пальчековская Н.В. «Численное моделирование восприимчивости сверхзвукового пограничного слоя на плоской пластине к пространственным акустическим возмущениям» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 132-135 (2022)

Для сверхзвуковых течений явления, связанные с ламинарно-турбулентным переходом (ЛТП) стоят особенно остро, т.к. переход влияет не только на аэродинамическое качество летательного аппарата, но и ведет к резкому увеличению тепловых потоков к обтекаемой поверхности. В настоящее время активно разрабатываются физически обоснованные методы предсказания ЛТП, в которых учитываются все основные стадии процесса, включая стадию восприимчивости к возмущениям набегающего потока. Цель настоящей работы – изучение восприимчивости пограничного слоя на плоской пластине к внешним акустическим возмущениям, приводящим к возбуждению первой моды Мэка. Возбуждение этой моды моделировалось с помощью внешних акустических волн в трехмерной постановке

Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 132-135 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14

 

Жуков В.Т., Новикова Н.Д., Феодоритова О.Б. «Особенности методики численного трехмерного моделирования вязких многокомпонентных течений» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 138-141 (2022)

Обсуждаются особенности численной модели расчета нестационарных течений вязкой теплопроводной многокомпонентной газовой смеси.

Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 138-141 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14

 

Зайцев М.Ю., Копьев В.А., Титарев В.А., Фараносов Г.А. «Валидация метода расчёта шума модельного несущего винта на основе проведенных экспериментов в заглушенной камере АК-2» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 142-146 (2022)

Работа представляет собой комплексное расчетно-экспериментальное исследование, направленное на создание научно-технического задела по определению аэроакустических характеристик винта винтокрылого летательного аппарата (ВКЛА). Основной целью работы являлась валидация (т.е. установление степени соответствия экспериментальным данным) разработанных в ЦАГИ программ расчета аэроакустических характеристик винтов (самолетных и несущих винтов вертолета). Проблема создания высокоэффективных валидированных методов расчета шума несущего винта вертолета, ориентированных на оценку влияния различных конструктивных параметров, предсказания которых можно напрямую использовать в процессе конструирования малошумных эффективных лопастей, является исключительно актуальной.

Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 142-146 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14 10.01

 

Пальчековская Н.В. «Численное моделирование восприимчивости сверхзвукового пограничного слоя к энтропийным и вихревым возмущениям» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 228-230 (2022)

Ламинарно-турбулентный переход (ЛТП) в среде с низким уровнем возмущений связан с возбуждением неустойчивых нормальных мод с малыми начальными амплитудами. Эти моды экспоненциально растут до критической амплитуды в соответствии с линейной теорией устойчивости (LST) и вызывают нелинейный распад. Целостное моделирование этих стадий ЛТП обеспечивается прямым численным моделированием (DNS). Летательные аппараты (ЛА) движутся на крейсерском режиме, как правило, на малых положительных углах атаки. Явления, связанные с ЛТП на подветренной стороне ЛА, представляются чрезвычайно важными, но в то же время мало изученными. В работе рассматривается восприимчивость пограничного слоя к энтропийным и вихревым возмущениям в случае перехода с преобладанием второй моды

Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 228-230 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14

 

Слободянюк Д.М., Калугин В.Т., Михайлов М.В. «Численное моделирование обтекания и относительного движения возвращаемого аппарата и крышки люка парашютного контейнера в процессе их разделения» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 239-240 (2022)

Представлены результаты численного моделирования процесса отделения элементов возвращаемых аппаратов с учетом аэродинамической интерференции при различных режимах полета с использованием программного комплекса FlowVision

Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 239-240 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14

 

Толстых А.И., Широбоков Д.А. «Применение схемы 16-го порядка при моделировании ламинарно-турбулентного перехода» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 242-243 (2022)

Обсуждаются спектральные характеристики схемы с мультиоператорными аппроксимациями 16-го порядка для уравнений Навье–Стокса сжимаемого газа. Применение этой схемы позволяет при разумных сетках описывать возбуждение и развитие неустойчивых мод, начальные данные для которых содержатся в малых отклонениях численных решений от точных, вызванных ее погрешностями аппроксимаций, а также погрешностями машинной арифметики

Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 242-243 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14

 

Шорстов В.А. «Численное исследование особенностей распространения акустических возмущений по воздухозаборнику СТС и их излучению в дальнее поле» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 250-254 (2022)

Представляется начальный этап решения задачи моделирования шума двигателя сверхзвукового транспортного самолета излучаемого через входное устройство (ВЗУ) и поиску возможностей снижения его вклада в общий шум самолета, а именно, определению эффективности распространения типичных возмущений вентилятора двигателя через ВЗУ в точки дальнего поля в зависимости от структуры возмущений.

Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 250-254 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14 12.04

 

Батурин О.В., Горячкин Е.С., Зубанов В.М., Попов Г.М., Щербань А.И. «Численное исследование влияния входной неравномерности потока на характеристики ступени вентилятора газотурбинного двигателя» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 261-265 (2022)

Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 261-265 (2022) | Рубрика: 04.12

 

Бутаков О.Б.. «Численное решение уравнений метода нелинейных гармоник с использованием схем годуновского типа на неструктурированных сетках» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 266-267 (2022)

Приведены результаты тестовых расчетов, демонстрирующие высокую точность и эффективность предложенных разностных схем.

Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 266-267 (2022) | Рубрика: 04.12

 

Тимушев С.Ф., Торопылина Е.Ю., Мошков П.А., Яковлев А.А. «Проблемы численного моделирования шума винтовых движителей акустико-вихревым методом» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 291-295 (2022)

Авторы считают, что актуальной является задача разработки эффективных численных методов расчета аэроакустических характеристик различных типов винтовых движителей с целью обеспечения концепции акустического проектирования винтовых летательных аппаратов, т.е. по заданным акустическим параметрам. При этом возможности коммерческого программного обеспечения при решении данной задачи существенным образом ограничены. Представлено сравнение уровней звукового давления первой гармоники шума вращения для различных воздушных винтов в различных условиях эксперимента с расчетами по известным ранним теориям шума винта и численными расчетами на базе интегрального метода Фокса Вильямса–Хоукингса (FW-H), реализованными в пакетах коммерческих программ SmartRotor и STAR-CCM+.

Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 26 сентября – 1 октября 2022 г.: Сборник тезисов, с. 291-295 (2022) | Рубрики: 04.12 10.01

 

Неклюдов Д.А., Сильвестров И.Ю., Чеверда В.А. «Итерационный метод решения трехмерного уравнения Гельмгольца с "почти аналитическим" предобусловливателем для моделирования акустических волновых полей в задачах сейсморазведки» Вычислительные методы и программирование, 15, № 3, с. 514-529 (2014)

Предложен подход к итерационному решению уравнения Гельмгольца в трехмерно-неоднородных средах для задач моделирования процессов распространения акустических волн, основанный на применении классического итерационного метода крыловского типа для несимметричных матриц с предобусловливателем. Отличительной чертой предлагаемого подхода является выбор предобусловливателя, в качестве которого мы используем решение трехмерного уравнения Гельмгольца с комплексным коэффициентом, зависящим от одной пространственной переменной (глубины). Одномерная скорость в предобусловливателе выбирается таким образом, чтобы наилучшим способом (в смысле наименьших квадратов) приблизить реальную трехмерно-неоднородную скоростную модель. Оператор Гельмгольца исходной задачи представляется как возмущение предобусловливателя. Как результат, умножение матрицы предобусловленной линейной системы на вектор может быть эффективно выполнено с помощью быстрых численных процедур, таких как двумерное быстрое преобразование Фурье и матричная прогонка. В предложенном подходе существует возможность не использовать конечно-разностные аппроксимации частных производных, что позволяет применять весьма редкую сетку при дискретизации задачи. Численные эксперименты показывают, что этот подход позволяет весьма эффективно рассчитывать волновые поля в частотной области в трехмерно-неоднородных средах с умеренными латеральными вариациями скорости.

Вычислительные методы и программирование, 15, № 3, с. 514-529 (2014) | Рубрики: 04.12 12.06

 

Головизнин В.М., Соловьев А.В., Исаков В.А. «Аппроксимационной алгоритм обработки звуковых точек в схеме "Кабаре"» Вычислительные методы и программирование, 17, № 2, с. 166-176 (2016)

Описана новая вычислительная технология расчета потоковых переменных на новом временном слое в разностных схемах типа «Кабаре» для численного решения квазилинейных гиперболических уравнений в частных производных. Новая технология позволяет единообразно рассматривать все случаи возникновения звуковых точек и не нарушает свойства временной обратимости разностных схем при отсутствии нелинейной коррекции потоков.

Вычислительные методы и программирование, 17, № 2, с. 166-176 (2016) | Рубрики: 04.12 08.12 08.14

 

Садин Д.В., Голиков И.О., Давидчук В.А. «Моделирование взаимодействия ударной волны с ограниченным неоднородным слоем газовзвеси гибридным методом крупных частиц» Вычислительные методы и программирование, 22, № 1, с. 1-13 (2021)

Исследуются задачи взаимодействия ударной волны с ограниченным слоем газовзвеси, внутри которого имеется неоднородность квадратного сечения пониженной или повышенной плотности. Для расчетов используется гибридный метод крупных частиц второго порядка аппроксимации по пространству и времени. Правильность численных разрывных решений, в частности скачков пористости, подтверждается сравнением с асимптотически точными профилями плотности смеси. Приведены аналитические зависимости ослабления ударной волны слоем газовзвеси. Изучены ударно-волновые структуры в двумерных областях и влияние на них релаксационных процессов.

Вычислительные методы и программирование, 22, № 1, с. 1-13 (2021) | Рубрики: 04.12 06.01