Ефремов Н.Л., Крайко А.Н., Пьянков К.С., Тилляева Н.И., Яковлев Е.А. «Ударно-волновые структуры перед вентиляторной решеткой, неоднородной из-за разброса углов установки лопаток» Теоретическая и прикладная газовая динамика. Труды ЦИАМ № 1341. Т. 1, с. 365-389 (2010). 488 с.

Изучаются ударно-волновые структуры (УВС) из ударных волн и волн разрежения между ними, возникающие при обтекании неоднородных вентиляторных решеток сверхзвуковым потоком с дозвуковой нормальной к их фронту («осевой») компонентой скорости. Неоднородность решеток обусловлена разбросом углов установки идентичных острых или затупленных лопаток. Следствия этого – возникновение комбинационного шума с частотами, меньшими основной частоты однородной решетки, и более медленное нелинейное затухание УВС. Для описания эволюции УВС применяются быстрое «приближение нелинейной акустики» и численные алгоритмы интегрирования уравнений Эйлера на перекрывающихся (для расчета обтекания затупленных кромок) и на адаптированных к УВС сетках. Применение анализа Фурье дает спектр звуковых полей. Использование для уменьшения шума сверхзвукового вентилятора лопаток с прямолинейными начальными участками «спинок» дает эффект лишь при малом (менее 0,25° ) разбросе углов их установки. Перед неоднородными решетками из затупленных лопаток УВС затухают быстрее, чем перед неоднородными решетками из заостренных лопаток. Для однородных решеток влияние затупления лопаток незначительно.

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 «v_t-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.

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.

Крашенинников С.Ю., Миронов А.К. «Анализ механизма излучения звука турбулентной струей на основе акустических и термоанемометрических измерений» Теоретическая и прикладная газовая динамика. Труды ЦИАМ № 1341. Т. 1, с. 453-481 (2010). 488 с.

На основании измерений акустического излучения свободной турбулентной струи микрофонной системой, с помощью которой определяется положение источников звука для заданной частоты, и термоанемометрических измерений скорости движения вихрей заданного размера в слое смешения, предложена модель порождения шума в слое смешения струи. Показано, что возникновение акустических волн может быть объяснено, исходя из наличия в струе перемежаемости турбулентности, нестационарного движения области занятой «турбулентной жидкостью». Вследствие этого возникает нестационарное движение воздуха, эжектируемого струей, создающее акустические волны.