Российский фонд
фундаментальных
исследований

Физический факультет
МГУ им. М.В.Ломоносова
 

08.14 Авиационная акустика

 

Аносов А.А. «Рецензия на книгу О.Ф. Шленского, С.И. Антонова, К.В. Хищенко “Акустика высоких частот и больших чисел Маха”» Теплофизика высоких температур, 60, № 2, с. 319-320 (2022)

DOI: https://doi.org/10.31857/S0040364422020168 Книга О.Ф. Шленского, С.И. Антонова, К.В. Хищенко “Акустика высоких частот и больших чисел Маха” содержит предисловие, заключение, 20 глав и 15 приложений. В предисловии указана основная задача книги: “моделирование звуковых волн без упрощений и допущений, некоторые из которых [авторы] сочли ошибочными”. Авторы пишут, что в книге “приведены принципиально новые доказательства невозможности моделирования бегущей звуковой волны однородным дифференциальным уравнением второго порядка”. Авторы считают, что “развитие техники гиперзвуковых полетов, изучение термоядерной детонации, лазерных технологий поставило перед акустиками проблему моделирования бегущих волн с [огромными] скоростями и энергиями”. Особое внимание авторы уделяют “эффекту повышения жесткости и анизотропии воздуха, возникающих при сверх- и гиперзвуковых полетах летательных аппаратов”. Отдельные главы посвящены способам описания бегущей и стоячей звуковых волн, различным источникам звука (мембрана, раструб патефона, духовые музыкальные инструменты, голоса певцов, движение крыльев насекомых, возбуждение звука воздушным потоком и т.п.). Рассмотрены вопросы анизотропии плотности газа, ударные волны, представлено моделирование термоядерных детонационных волн. В заключение сформулированы основные результаты работы. От книги сложилось двоякое впечатление. Во-первых, утверждение авторов о невозможности моделирования бегущей звуковой волны однородным дифференциальным уравнением второго порядка ни в коей мере не доказано. Авторы не сочли необходимым компактно представить свои претензии к описанию бегущей звуковой волны однородным дифференциальным уравнением второго порядка, но разбросали их по всей книге. Несколько примеров. На с. 8 сказано, что вывод дифференциальных уравнений для скорости частиц и звукового давления сделан при допущении постоянства плотности среды, “что лишает уравнения физического смысла”. Пренебрежение “отличием фактической плотности от невозмущенного значения плотности” действительно используется при линеаризации уравнений движения частиц среды (Исакович М.А. Общая акустика: учеб. пособие. М.: Наука; Гл. ред. физ.-мат. лит., 1973. С. 37). При этом в (Исакович М.А. Общая акустика: учеб. пособие. М.: Наука; Гл. ред. физ.-мат. лит., 1973. С. 65) обсуждаются границы применения подобного упрощения. Как мне представляется, при любых допущениях критерием правомерности модельного представления является его соответствие экспериментальным результатам. Такого сравнения, когда авторы указывают, в каких случаях использование в волновом уравнении плотности невозмущенной среды становится недопустимым, в книге нет. Авторы указывают на отсутствие физического смысла, но этот критерий непонятен и, на мой взгляд, субъективен. Например, при описании геометрической оптики практически не используется понятие длины волны – это лишает данный раздел оптики физического смысла? Другой пример: в электрокардиографии, моделируя работу сердца электрическим диполем, В. Эйнтховен (получивший за свои исследования Нобелевскую премию по медицине) предположил, что организм человека является однородной токопроводящей средой, что очевидно не так. Что же, электрокардиография лишена физического смысла? Еще один пример: закон Рэлея–Джинса, описывающий тепловое излучение, выведенный исходя из равнораспределения энергии по степеням свободы, согласуется с экспериментальными данными в низкочастотной части спектра и приводит к абсурдному результату на высоких частотах. Этот закон тоже лишен физического смысла и с его помощью нельзя моделировать тепловое излучение на низких частотах? На с. 19 сказано, что “волновые уравнения и их решения без учета импульса силы, получаемого от генератора звука, … не описывают бегущей звуковой волны”. В волновых уравнениях генератор обычно представляется как граничное условие. Что же имели в виду авторы: что при нулевых начальных и граничных условиях волны не будет? Это очевидно. Что использование для задания генератора граничных условий не создаст бегущей волны? Понятно, что это не так. На с. 116 приведено решение однородного волнового уравнения при нулевых начальных условиях и граничном условии, заданном в виде гармонической функции. Авторы обращают внимание на то, что интегральный за период импульс равен нулю, и делают вывод о том, что “энергия волны нулевая … она волна является не звуковой (т.е. не бегущей – прим. рец.), а стоячей волной без транспорта энергии звука”. Воспользуюсь материалами учебного пособия (Исакович М.А. Общая акустика: учеб. пособие. М.: Наука; Гл. ред. физ.-мат. лит., 1973. С. 7), где рассмотрен аналогичный пример, описывающий продольную акустическую волну, генерируемую поршнем: “если … поршень вернулся в исходное положение, то суммарный импульс равен нулю”. При этом из равенства нулю импульса за период никак не следует невозможность существования бегущей волны и “транспорта энергии”. Авторы, описывая использование однородных волновых уравнений в акустике, приводят сравнения с героем книги Р.Э. Распе “Приключения барона Мюнхaузена” (например, с. 39). Для меня подобная аргументация говорит о слабости доказательной базы авторов. У меня нет оснований сомневаться в компетенции уважаемых авторов. Представляется, что авторы стали жертвами ситуации, описанной во введении учебного пособия (Исакович М.А. Общая акустика: учеб. пособие. М.: Наука; Гл. ред. физ.-мат. лит., 1973. С. 7), автор которого указывал, что его учебное пособие “способствует созданию “акустической интуиции”, … далеко не совпадающей, а зачастую даже противоречащей “механической интуиции”, укоренившейся в нас … в результате изучения механики материальных тел”. Таким образом, утверждение авторов о невозможности моделирования бегущей звуковой волны однородным дифференциальным уравнением второго порядка не представляет научного интереса. Отмечу положительные моменты в книге. На с. 32 авторы вводят источник непосредственного в волновое уравнение. Мне представляется, что данный подход можно использовать для описания теплового акустического излучения, причиной которого является хаотическое тепловое движение атомов среды (Barabanenkov Y.N., Passechnick V.I. Fluctuation Theory of Thermal Acoustic Radiation // The Journal of the Acoustical Society of America. 1966. V. 99(1). P. 65). Тогда мощность источника должна определяться температурой среды. Также подобный подход может быть эффективен для описания распространения акустических солитонов по нервному волокну. Общепринятая точка зрения описывает передачу информации по нервному волокну как распространение электрического импульса, однако в настоящее время проводятся исследования, в которых рассматривается возможность передачи информации с помощью акустических волн (Heimburg T., Jackson A.D. On Soliton Propagation in Biomembranes and Nerves // Proc. National Academy of Sciences. 2005. V. 102(28). P. 9790). Повторюсь, в книге рассмотрены вопросы анизотропии плотности газа, ударные волны, представлено моделирование термоядерных детонационных волн. Не являясь специалистом в данных вопросах, я не могу качественно отрецензировать эти разделы книги.

Теплофизика высоких температур, 60, № 2, с. 319-320 (2022) | Рубрики: 02 08.14

 

Колесников В.К., Недоспасов А.В., Побережский Л.П. «О возможном развитии акустической неустойчивости в системе камера сгорания–дозвуковой МГД-генератор» Теплофизика высоких температур, 12, № 3, с. 614-617 (1974)

В рамках принятых допущений составлена математическая модель системы камера сгорания–канал МГД-генератора и записано характеристическое уравнение, позволяющее определить собственные частоты акустических колебаний и их инкременты (декременты). Проведены численные расчеты. Исследовано влияние отдельных элементов модели на устойчивость акустических колебаний. Рассмотрена обратная связь между зоной горения и остальным акустическим трактом, вызванная переходом пульсации энтропии, генерируемой зоной горения, в акустические пульсации. Рассмотрен механизм возникновения таких пульсаций.

Теплофизика высоких температур, 12, № 3, с. 614-617 (1974) | Рубрики: 06.16 08.14

 

Рудинский А.В., Ягодников Д.А., Гришин С.А., Горбунов А.Е., Бурков А.С., Бобров А.Н., Сафонова Д.Б. «Акустическая и электрофизическая диагностика двухфазного высокоэнтальпийного потока. Результаты экспериментальных исследований» Теплофизика высоких температур, 59, № 5, с. 737-746 (2021)

На экспериментальной установке, состоящей из модельного жидкостного ракетного двигателя, работающего на компонентах топлива “газообразный кислород–керосин”, выполнены исследования электрофизических и акустических характеристик высокоэнтальпийного двухфазного потока при температурах в камере сгорания 3550–2900 К с твердыми частицами, попадающими в поток в результате эрозии вставки критического сечения сопла из углепластика. Скорость газового потока на срезе соответствовала числу Маха 2.2–1. Зарегистрированы электрофизические и акустические параметры двухфазного высокоэнтальпийного потока, а также вибрационные характеристики конструкции модельного жидкостного ракетного двигателя. С помощью датчика электрического поля установлено, что частицы углерода создают в струе избыточный отрицательный электрический заряд. При анализе амплитудных спектров акустического поля истекающей струи и вибраций конструкции определены частоты, находящиеся в диапазоне 1200–1800 Гц и характеризующие рабочий процесс в камере сгорания модельного жидкостного ракетного двигателя.

Теплофизика высоких температур, 59, № 5, с. 737-746 (2021) | Рубрики: 08.14 14.04

 

Коньков А.А., Нейланд В.Я., Николаев В.М., Пластинин Ю.А. «Проблемы лучистого теплообмена в гиперзвуковой аэродинамике» Теплофизика высоких температур, 7, № 1, с. 140-164 (1969)

Исследования движений газовых сред с учетом переноса лучистой энергии в прошлом относились к области астрофизики и метеорологии. Однако в последнее десятилетие, в связи с потребностями космической техники, значительные усилия были затрачены на изучение радиационного теплообмена в воздухе и других смесях газов при температурах, соответствующих режимам входа космических летательных аппаратов в атмосферу Земли и других планет. Обсуждение роли радиационного теплообмена в аэродинамическом нагреве началось в середине 1950-х годов (в Советском Союзе – Биберман, за рубежом – Мейерот). К настоящему времени по этому вопросу имеется обширная литература, в том числе ряд обзорных статей. Они, однако, не содержат результатов, достигнутых за последние десять лет (1957–1967 гг.). В настоящей статье авторы предприняли попытку устранить этот пробел.

Теплофизика высоких температур, 7, № 1, с. 140-164 (1969) | Рубрика: 08.14

 

Гапонов С.А., Морозов С.О., Семенов А.Н. «Ламинарный сверхзвуковой пограничный слой в условиях диффузионного водородно-воздушного пламени и его устойчивость» Теплофизика и аэромеханика, № 6, с. 1159-1175 (2023)

В приближении Дана–Линя–Алексеева и при постоянных числах Прандтля и Шмидта сформулирована задача гидродинамической устойчивости пограничного слоя с диффузионным горением, которая сводится к решению системы обыкновенных дифференциальных уравнений десятого порядка с однородными граничными условиями. При числах Льюиса, равных единице, она может быть понижена до восьмого порядка. В невязком приближении задача устойчивости сводится к интегрированию одного дифференциального уравнения второго порядка. На основе полученных уравнений устойчивости и расчетов стационарных параметров течения прямым численным моделированием впервые исследована устойчивость сверхзвукового пограничного слоя с диффузионным горением на проницаемой пластине с подачей водорода через ее поры. При числе Маха M=2 с помощью расчетов установлена возможность стабилизации течения пламенем. Показано, что в рамках невязкой теории устойчивости могут быть получены достаточно надежные данные о максимальных степенях роста возмущений.

Теплофизика и аэромеханика, № 6, с. 1159-1175 (2023) | Рубрики: 08.14 08.15

 

Tahsini A.M., Anbuselvan K.K.N. «О точности данных испытаний снижения лобового сопротивления в гиперзвуковом потоке. Моделирование переходных процессов и временные ограничения» Теплофизика высоких температур, 60, № 1, с. 153-155 (2022)

С помощью нестационарного численного моделирования исследуется возможность снижения гидродинамического сопротивления затупленных тел в гиперзвуковом потоке в результате хромирования. Основное внимание уделяется оценке временных масштабов различных протекающих физико-химических процессов. Предложен временной интервал для гиперзвуковых испытательных установок, предназначенных для изучения физики подобных потоков. DOI: 10.31857/S0040364422010239

Теплофизика высоких температур, 60, № 1, с. 153-155 (2022) | Рубрики: 04.12 08.14 12.04