Ким С К., Костенко В.М., Стегачёв Е.Е. «Исследования по разработке мощных источииков звука для акустического нагружения авиационных конструкций» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Седьмая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 17–22 сентября 2018 г.: Сборник тезисов, с. 103-104 (2018)

В 70–90-х годах 20-го века результате значительных но объему научно-исследовательских и проектно-конструкторских работ, выполненных в ЦАГИ и СибНИА. был разработан ряд низкочастотных и среднечастотных генераторов звука, которые стали основными средствами воспроизведения акустического нагружения для созданных тогда акустических установок – реверберационной камеры PK-1500 и канала бегущей волны МАК-1. Они полностью удовлетворили потребности эксперимента в диапазоне частот нагружения – до 700 Гц. Воспроизведение звука на более высоких частотах (примерно до 1200 Гц) было обеспечено за счёт использования зарубежных генераторов звука, т.к. на тот момент работы по созданию отечественного высокочастотного генератора нс увенчались успехом. В настоящее время существует насущная необходимость в разработке и создании перспективного высокочастотного отечественного генератора звука. На основании анализа конструкций и характеристик существующих источников высокоинтенсивного акустического нагружения зарубежных фирм и опыта разработки в ЦАГИ предложена конструктивная концепция отечественного высокочастотного звука с частотой звуковой модуляции существенно выше 700 Гц. В качестве базовой выбрана конструкция среднечастотного генератора звука ГЗ-3000. разработанного в ЦАГИ.

Журавлёв В.Ф. «Температурный дрейф волнового твердотельного гироскопа (ВТГ)» Механика твердого тела, № 3, с. 3-11 (2018)

Изучается влияние изменения температуры упругого осесимметричного резонатора (волнового твердотельного гироскопа) на дрейф в инерциальном пространстве возбуждённой в нём стоячей волны. Ранее наличие подобного дрейфа связывалось с разнообразными дефектами изготовления резонатора или погрешностями алгоритмов управления.

Савенко В.В. «Совершенствование методов акустического проектирования кораблей» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 3, с. 131-144 (2018)

Рассмотрены методы акустического проектирования кораблей с целью определения путей совершенствования этих методов. Материалы и методы. Критический обзор методов и мероприятий по акустическому проектированию кораблей и основных особенностей их практического применения в обеспечение достижения заданных акустических характеристик проектируемых кораблей. Основные результаты. Разработаны предложения по совершенствованию методов акустического проектирования кораблей. Заключение. Установлено, что без совершенствования методологии акустического проектирования невозможно обеспечить дальнейшее улучшение акустических характеристик перспективных кораблей.

Колегов Р.Н., Любимова Т.П., Синер А.А. «Разработка методики расчета резонансных свойств полостей в каналах газотурбинного двигателя» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Шестая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 19–24 сентября 2016 г.: Сборник тезисов, с. 165 (2016)

В авиационном двухконтурном двигателе для повышения давления на входе в компрессор высокого давления устанавливают подпорные ступени. Для обеспечения устойчивой работы подпорных ступеней на нерасчетных режимах осуществляют перепуск воздуха за вентилятором при помощи заслонок перепуска. В результате осевые скорости воздуха увеличиваются, а углы атаки приближаются к расчетным, что обеспечивает работу ступеней без срыва.

Бакланов В.С., Панов С.Н. «Роль экспериментальных данных импедансных и передаточных функций конструкции планера и двигателя в вычислительном эксперименте по оценке ожидаемых виброакустических характеристик самолетов нового поколения» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Шестая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 19–24 сентября 2016 г.: Сборник тезисов, с. 37-40 (2016)

Спектр шума и вибрации от вибрационного воздействия силовой установки самолетов нового поколения в связи с переходом на двигатели большой и сверхбольшой степени двухконтурности существенно изменился.Основное изменение связано со сдвигом в низкочастотную область, вызванное снижением скорости вращения вала вентилятора двигателей большой степени двухконтурности. В работе показан пример традиционного подхода, дающего надежную оценку вклада, например, вибрационного воздействия двигателей нового поколения (с новым широким спектром частот) на виброакустическую обстановку в пассажирском салоне самолетов.

Баракос Дж.Н., Батраков Л.С., Боженко А.Н., Гарипова Л.И., Кусюмов А.Н., Михайлов С.А., Пахов В.В., Степанов Р.П. «Создание базы данных акустических экспериментальных исследований модели изолированного несущего винта вертолета» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Шестая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 19–24 сентября 2016 г.: Сборник тезисов, с. 41-44 (2016)

Представлены результаты экспериментальных исследований. полученные в аэродинамической трубе Т-1К КНИТУ-КАИ (Казань), модифицированной для акустических исследований. Вокруг открытой рабочей части трубы была построена акустическая камера для данных измерений.

Лещенко И.А., Юрлова Н.Ю. «Разработка методики многорежимной оптимизации входного устройства сложной пространственной конфигурации, предназначенного для летательного аппарата интегральной компоновки» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Шестая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 19–24 сентября 2016 г.: Сборник тезисов, с. 193-194 (2016)

Увеличение требований к современным летательным аппаратам (ЛА) приводит к необходимости поиска новых конструктивных решений. Одним из перспективных способов улучшения аэродинамических характеристик самолета является применение интегральной компоновки силовой установки. При интеграции двигателя в планер входное устройство может иметь канал сложной пространственной конфигурации с изгибами в одной или нескольких плоскостях. Как правило, в таком воздухозаборнике течение имеет сложный характер. Возникающие на губе и в области изгиба канала отрывы пограничного слоя оказывают негативное влияние не только на работ) двигателя, но и на аэроакустические свойства самолета. При проектировании таких устройств используются методы математического моделирования. Такие подходы позволяют существенно сократить расходы на разработку, заменив собой дорогостоящий эксперимент. Однако опыт и интуиция исследователя, как правило, не позволяют найти самую эффективную геометрическую форму канала. Поэтому совместно с математическими методами необходимо применение современных методов оптимизации.

Лысенков А.В. «Метод расчета аэродинамических характеристик воздушного винта и его оптимизация с учетом шума в рамках пакета EWT-ЦАГИ» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Шестая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 19–24 сентября 2016 г.: Сборник тезисов, с. 195-197 (2016)

Основным инструментом для получения надежных характеристик воздушных винтов (ВВ) является эксперимент в АДТ на специальных стендах. Для исследования характеристик однорядных и биротативных (в том числе типа «открытый ротор») ВВ в ЦАГИ созданы экспериментальные стенды, которые позволяют проводить испытания в широком диапазоне скоростей набегающего потока и частоты вращения исследуемого винта. В ходе эксперимента исследуются: тяговые и моментные характеристики. поле потока за винтом, распределение давления на лопасти винта (метод PSP). величины деформаций лопастей, акустические характеристики. Кроме того, для исследования характеристик ВВ используется технология вычислительного эксперимента. Как при исследовании АДХ ЛА. так и характеристик ВВ. технология включает в себя несколько этапов: подготовка математической модели исследуемого объекта, проведение расчета с использованием многопроцессорных систем, обработка результатов. Для выполнения всех этапов в ЦАГИ создан специализированный пакет прикладных программ (ППП EWT-ЦАГИ). Этот программный комплекс прошел обширную верификацию и валидацию для широкого класса задач вычислительной аэродинамики.

Дегтярев В.В., Синер А.А., Степина Е.В., Стряпунина А.А. «Численный расчет распространения звука в каналах авиационного двигателя» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Седьмая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 17–22 сентября 2018 г.: Сборник тезисов, с. 85 (2018)

Для создания методологии выбора звукопоглощающих конструкций (ЗПК) применяемых для гашения шума в каналах двигателя требуется развивать методы численного расчета распространения звука в каналах 1ТД с использованием импедансных граничных условий. В данной работе представлены результаты расчетов распространения звука в каналах авиационного двигателя с жесткой и импедансной стенкой. Для расчета среднего стационарного поля течения используется коммерческий пакет ANSYS FLUENT, для расчета генерации шума вентиляторной ступени – ANSYS CFX, для выполнения акустических расчетов – MSC ACTRAN. В силу невозможности выполнения акустических расчетов в MSC ACTRAN на имеющихся ресурсах, на сетках порядка 20 млн. элементов, был проведен ряд расчетов для определения наиболее оптимальной постановки задачи. Расчеты проводились в осесимметричной и в полной 3D постановках, отдельно для распространения звука в переднее поле из воздухозаборника и в заднее поле из канала наружного контура двигателя, а также их совместное излучение звука. Для задания характеристик источника звука использовались модальные граничные условия, полученные по результатам нестационарных газодинамических расчетов вентиляторной ступени. Кроме того, в работе оценивается влияние пилона на распространение звука. Для удобства анализа результаты приведены в виде диаграмм направленности звука в дальнем акустическом поле.

Абалакин И.В., Бобков В.Г., Козубская Т.К., Крицкий Б.С., Миргазов Р.М. «Развитие метода расчета аэродинамических и акустических характеристик несущего винта вертолёта в горизонтальном полете» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Седьмая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 17–22 сентября 2018 г.: Сборник тезисов, с. 164-167 (2018)

В работе представлены результаты численного моделирования обтекания внешним потоком вращающегося жесткого четырехлопастного винта с фиксированным углом установки лопастей. Для расчета применялась методика расчета аэродинамических и акустических характеристик винта вертолета разработанная авторами и применявшаяся ранее для моделирования винтов в режиме осевого обтекания. В основе методики лежит оптимальный выбор подходов, описывающих течение в ближнем поле и распространение акустических возмущений в дальнем поле. Под оптимальностью понимается компромисс между необходимой точностью описания течения, требованиями к точности результата и задействованными в расчете вычислительными ресурсами. Для описания течения вблизи винта использовались модель на основе уравнений Навье–Стокса, записанной во вращающейся с постоянной угловой скоростью системе координат в виде законов сохранения относительно вектора абсолютной скорости

Синер А.А., Шуваев Н.В., Большагин Н.Н., Колегов Р.Н. «Численным расчет отражения звуковой волны от вращающегося лопаточного колеса» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Седьмая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 17–22 сентября 2018 г.: Сборник тезисов, с. 151 (2018)

Один из видов нестационарных нагрузок, действующих на детали или узлы авиационного двигателя, является аэроакустичсское напряжение. Такие акустические нагрузки могут приводить к существенным поломкам, которые можно диагностировать только на этапе эксплуатации авиационного двигателя, что приводит к увеличению затрат на ремонт двигателя и снижению экономической эффективности предприятия. Поэтому становится актуальным научиться моделировать сложные аэроакустические процессы, происходящие внутри двигателя. Экспериментальное исследование таких явлений затруднено, поскольку существенные акустические нагрузки возникают в узком диапазоне режимов или при сочетании факторов. которые необходимо знать до проведения эксперимента. Таким образом, наиболее перспективным методом исследования подобных процессов является математическое моделирование. В работе проводилось исследование влияния частоты вращения лопаточного венца на коэффициент отражения.

Аюпов Р.Ш., Бендерский Л.А., Любимов Д.А. «Анализ влияния неоднородного набегающего потока на спектральные свойства и уровень пульсаций давления в сверхзвуковом воздухозаборнике с помощью RANS/ILES метода» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Седьмая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 17–22 сентября 2018 г.: Сборник тезисов, с. 32-36 (2018)

При эксплуатации летательных аппаратов возможны ситуации, когда в набегающем потоке распределение тех или иных параметров неоднородное. Неоднородность поля температуры в набегающем потоке может возникать при попадании в воздухозаборник горячего следа двигателя другого летательного аппарата. Для правильного определения безопасности эксплуатации летательного аппарата требуется знать поведение узлов его силовой установки, в том числе в условиях неоднородного набегающего потока перед воздухозаборником.

Исраилов М.Ш. «Аналогия линейной цепочки и сейсмические колебания сигментных и вязкоупругих трубопроводов» Механика твердого тела, № 3, с. 119-128 (2018)

В проблеме о сейсмических колебаниях сегментного трубопровода с демпфирующими стыками, деформируемыми по закону линейной вязкоупругости, выдвинута оригинальная аналогия с линейной цепочкой сосредоточенных масс. Построенная дискретная система обобщает модель одноатомной решетки в том отношении, что рассматривается вязкоупругое взаимодействие между массами цепочки и, кроме того, исследуются вынужденные (а не собственные) колебания такой системы. Переходом от дискретной системе к непрерывной получено интегро-дифференциальное уравнение колебаний сегментного трубопровода с вязкоупругими стыками в упруго сопротивляющейся среде. Это уравнение является обобщением известного дифференциального уравнения Клейна–Гордона, описывающего "стесненные" колебания упругого стержня или струны в среде с упругим сопротивлением. К тому же уравнению приводится и задача о сейсмических колебаниях непрерывного трубопровода из полимерного (вязкоупругого) материала. Изучены совместные стационарные сейсмические колебания вязкоупругого трубопровода и грунта в точной постановке и найдены максимальные напряжения в трубопроводе путем решения полученного интегро-дифференциального уравнения. Те же напряжения найдены и используя инженерный подход "жесткого защемления", согласно которому перемещения и деформации в сейсмической волне и трубопроводе одинаковы. Анализом найденных напряжений при законе вязкоупругости в виде соотношения модели Кельвина–Фойгта установлено, что обычно принимаемое за истину положение о том, что названный инженерный подход дает верхнюю оценку для напряжений в трубопроводе справедливо только в дозвуковом случае (когда скорость сейсмической волны меньше скорости волн в трубопроводе) и не справедливо при сверхзвуковом режиме, когда точная теория может приводить к напряжениям, превышающим вычисленные на основании инженерного подхода.

Копьев В.Ф., Зайцев М.Ю., Воронцов В.И. «О влияниям формы лопасти в плане на широкополосную и тональную составляющую шума несущего винта вертолета» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Седьмая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 17–22 сентября 2018 г.: Сборник тезисов, с. 105-106 (2018)

Современные способы снижения шума несущей системы вертолета могут быть реализованы следующими пассивными и активными конструктивными средствами: снижение скорости вращения винта; увеличение числа лопастей винта, современная 3-D конструкция лопасти (радиус. хорда, крутка, форма в плане, выбор профилей и их распределение по радиусу, форма законцовки). активные методы (активная крутка, управление высшими гармониками, активный закрылок). Основным рычагом для снижения шума несущего винта является уменьшение скорости вращения. Этот эффект проявляется для всех режимов полета, однако, может иметь неблагоприятные последствия с точки зрения других дисциплин, используемых при проектировании перспективных скоростных вертолетов. По сравнению с вращательной скоростью, другие конструктивные параметры несущего винта влияют на шум в меньшей степени и зачастую оказывают влияние только на конкретный источник шума, проявляющийся при специфических условиях полета. В частности, конструкция лопасти. которая минимизирует шум для одною режима полета, может дать отрицательный вклад в уровни шума на других режимах, поэтому создание конструкции лопасти, которая универсально снижает шум, является труднодостижимой задачей.

Дегтярев В.В., Синер А.А. «Анализ влияния постановки задачи на результаты расчета шума, генерируемого вентиляторной ступенью» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Шестая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 19–24 сентября 2016 г.: Сборник тезисов, с. 132-135 (2016)

Современная конкуренция на рынке авиационного двигателестроения заставляет двигателестроительные фирмы развивать все более совершенные методы расчета и экспериментального анализа акустических характеристик авиационного двигателя. В работе представлены результаты расчетов по оценке влияния постановки задачи (модель турбулентности и величина расчетной области) на уровень звукового давления в дальнем акустическом поле и модальный состав шума, генерируемого вентиляторной ступенью вперед. Всего было проведено четыре расчета: три в секторной постановке 60 градусов с различными моделями турбулентности (κ-ε, DES. SAS SST) и один в полной постановке 360 градусов с SAS SST моделью. Объектом исследования являлась вентиляторная ступень двигателя, включающая вентилятор, спрямляющий аппарат (СА) наружного контура и направляющий аппарат (НА) внутреннего контура, режим полета – посадочный.

Копьев В.Ф., Зайцев М.Ю., Воронцов В.И., Аникин В.А., Громов В.В. «Экспериментальная проверка результатов расчета акустических и интегральных аэродинамических характеристик модельного несущего винта вертолета в двух и четырехлопастной конфигурации на режиме висения» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Шестая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 19–24 сентября 2016 г.: Сборник тезисов, с. 166-170 (2016)

В работе представлены результаты сравнения экспериментальных аэродинамических и акустических характеристик крупномасштабной модели несущего винта вертолета, полученных на открытом стенде, с результатами численного моделирования. Измерения проводились для двух и четырехлопастных конфигураций при трех различных углах общего шага и четырех скоростях вращения на режиме висения. Эксперимент сравнивается с численным решением, для расчета которого используется гибридный метод моделирования шума . Отличительными особенностями используемого метода является разбиение области задачи на две подобласти: в ближней области проводится сквозной расчет уравнений Эйлера в неинерциальной системе координат, а в дальней области применяется метод Фокса–Вильямса–Хокингса.

Крицкий Б.С., Миргазов Р.М. «О влиянии балансировки на акустические характеристики несущего винта» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Шестая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 19–24 сентября 2016 г.: Сборник тезисов, с. 175-177 (2016)

Проектирование несущего винта вертолета является сложной, многокритериальной задачей. Учитывая специфику работы вертолета. НВ должен проектироваться с учетом основных режимов его работы, таких как режим висения и крейсерский режим. На каждом режиме, в зависимости от параметров полета и внешних условий необходима балансировка вертолета. Как правило, она осуществляется за счет циклического управления несущим винтом. Таким образом, возникает рад задач при создании новой компоновки несущего винта вертолета: выбор схемы вертолёта, проектирование лопасти и др. Необходимо, чтобы полученная компоновка была оптимальна по аэродинамическим и акустическим характеристикам. Из различных зарубежных и отечественных источников установлено, что расчет акустических характеристик требуется большое количество вычислительных ресурсов и времени. На начальном этапе проектирования, где требуется проведение широких параметрических исследований по компоновкам и режимам, целесообразно применять упрощенные подходы к определению аэродинамических и акустических характеристик несущего винта.

Аксенов А.А., Дядькин А.А., Гаврилюк В.Н., Клименко Д.В., Рыбак С.П., Тимушев С.Ф. «Моделирование тонального шума центробежного вентилятора» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Седьмая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 17–22 сентября 2018 г.: Сборник тезисов, с. 17-19 (2018)

Снижение шума вентиляторов систем кондиционирования и очистки воздуха является важной задачей по обеспечению экологических требований в кабинах пилотируемых космических летательных аппаратов. В работе проводятся исследования с целью минимизация акустического излучения штатного вентилятора при заданной потребляемой мощности и создаваемом им напоре.

Боженко А.Н., Денисов С.Л. «Исследование звукового поля в акустичекой камере АДТ Т-1К с помощью метода последовательностей максимальной длины» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Седьмая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 17–22 сентября 2018 г.: Сборник тезисов, с. 48-51 (2018)

В данной работе представлены результаты экспериментальных исследований звукового поля в акустической камере АДТ Т-1К с точки зрения оценки вкладов паразитных отражений в измеряемый звуковой сигнал. Акустическая камера АДТ Т-1К сформирована вокруг открытой рабочей части аэродинамической трубы малых скоростей Т-1К и предназначена для проведения измерений акустических характеристик вертолетных винтов

Ворошнин Д.В., Маракуева О.В., Муравейко А.С. «Моделирование нестационарных эффектов в осевом компрессоре» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Седьмая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 17–22 сентября 2018 г.: Сборник тезисов, с. 69-71 (2018)

Для расчета шума многоступенчатых турбомашин необходимо учитывать аэродинамическое взаимодействие между различными венцами, которое приводит к возникновению пульсаций потока. В спектре данных пульсаций доминируют дискретные составляющие, формирующие тональный шум. Моделирование течения с использованием полной нестационарной постановки URANS занимает значительное время и требует больших вычислительных ресурсов. Применение упрощённых методов, таких как нелинейный гармонический метод NLH. реализованный в ПК Numeca Fine Turbo, может существенно ускорить процесс оценки нестационарных явлений в тракте турбомашины, в том числе и для проведения дальнейшего акустического анализа. Целью работы является сравнение результатов подходов URANS и NLH при исследовании нестационарных явлений в многоступенчатом осевом компрессоре для оценки эффективности использования гармонического метода.

Ворошнин Д.В., Муравейко А.С. «Расчётное исследование газодинамических и аэроакустических характеристик вентилятора» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Седьмая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 17–22 сентября 2018 г.: Сборник тезисов, с. 72-74 (2018)

Создана трёхмерная газодинамическая модель модельного вентилятора – Advanced Noise Control Fan (ANCF). Ступень вентилятора разработана в NASA для исследования влияния различных конструктивных особенностей на характеристики шума. Трёхмерные газодинамические расчёты выполнены в ПО NUMECA FINE/Turbo v.11.2. Задача решалась с использованием нелинейного гармонического (NLH) метода. Данные по газодинамическому эксперименту взяты из работы McAlister Jю и др. (2009). Геометрическая модель получена от Dr. Daniel L. Sutlity и NASA Glenn Research Center. Профили полного и статического давлений на входе в ступень хорошо согласуются с экспериментальными. Отмечены заметные различия в распределении углов в сечении за ступенью между расчётными и экспериментальными данными.

Мошков П.А., Попов В.П., Рубановский В.В. «Определение роли различных источников в общем уровне шума в кабине экипажа современного пассажирского самолета RRJ-95 по результатам наземных и летных испытаний» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Седьмая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 17–22 сентября 2018 г.: Сборник тезисов, с. 140-141 (2018)

Актуальность проблемы численного моделирования шума в герм) кабинах гражданских самолетов не вызывает сомнения. На пути решен этой проблемы необходимо решать следующие основные задачи: моделировать аэроакустическое нагружение фюзеляжа, приводящее к колебаниям конструкции и акустическому излучению в салон; моделировать шум при работе агрегатов системы комплексного кондиционирования и вентиля воздуха (КСКВ); моделировать шум от вибрационного воздействия дви гелей, моделировать общее акустическое ноле в гермокабине с учет интерьера и т.д. При этом решение поставленных задач невозможно без комплекса экспериментальных наземных и летных испытаний. Исследованию шума в салонах пассажирских самолетов посвящен значительное количество исследований, выполненных в нашей стране и за рубежом. Вместе с тем проблема шума в кабине экипажа занимает отдельное место. Согласно Авиационным правилам , шум и вибрации не должны мешать выполнению членами экипажа своих функции, предусмотренных летным руководством, также существуют коммерческие требования к характеристикам акустического поля в кабине экипажа современных проектируемых самолетов. Данная работа является первым этапом исследований, направлена на идентификацию основных источников и определение их относительного вклада в общем шуме в кабине экипажа RRJ-95 типовой конструкции с целью разработки рекомендаций по дальнейшему снижению шума.

Титарев В.А. «Разработка параллельного решателя для численного моделирования аэроакустики винта с пилоном» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Седьмая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 17–22 сентября 2018 г.: Сборник тезисов, с. 156 (2018)

В НИО-9 ЦАГИ ведется разработка собственного параллельного пакета программ, позволяющего исследовать аэродинамику и аэроакустику различных самолетных винтовых конфигураций с использованием неструктурированных сеток и неявных разностных схем второго порядка аппроксимации. В программном комплексе реализована гибридная двухуровневая модель параллельных вычислений, позволяющий проводить расчеты на системах с большим числом ядер. До недавнего времени основные имеющиеся результаты относились к решению уравнений Эйлера сжимаемого газа. В настоящей работе строится численный метод решения нестационарных уравнений Навье–Стокса сжимаемого газа для многозонных вращающихся сеток. Основными новыми элементами метода являются алгоритмы аппроксимации численных потоков и модификация неявной схемы итераций в псевдо-времени на стыках вращающихся областей. Программная реализация метода существенно усложняется, так как для расчета потоков необходимо создавать дополнительные связи между областями, а также обмениваться значениями макроскопических переменных и правых частей схемы. В докладе будут представлены результаты расчетов для одиночных и биротативных винтов на системах Торнадо и Петастрим, установленных в МСЦ РАН и СКЦ СПбПУ с использованием десятков тысяч гиперпотоков.

Русских С.В., Шклярчук Ф.Н. «Нелинейные колебания упругих панелей солнечных батарей космического аппарата при конечном повороте по крену» Механика твердого тела, № 2, с. 34-43 (2018)

Рассматривается нестационарное вращательное движение и нелинейные колебания в плоскости крена космического аппарата с двумя упругими панелями солнечных батарей. Космический аппарат и секции панелей солнечных батарей считаются недеформируемыми; они связаны между собой упруговязкими шарнирами, допускающими большие углы поворота. Космический аппарат совершает поворот относительно своей оси как твердое тело. Движение рассматриваемой упругой системы описывается в связной системе координат. Уравнения движения получены на основании принципа возможных перемещений. Приведены примеры численного интегрирования системы нелинейных дифференциальных уравнений с анализом сходимости.

Шифрин Б.М. «Три модели шимми в задачах качения буксируемого пневмоколеса» Механика твердого тела, № 3, с. 12-19 (2018)

Рассматривается качение без скольжения пневмоколеса, буксируемого с помощью жесткого устройства длиной L. Изучаются углы поворота этого устройства при колебаниях. Выделяются случаи L≈L_* и L>L_* , где L_* – длина, при которой система находится на границе устойчивости. Для описания взаимодействия беговой поверхности шины с опорной плоскостью привлекаются три известные линейные модели качения – неголономная, а также модели струны и увода. Случай L>L_* изучается с помощью редуцированных математических моделей – моделирующих осцилляторов. Основные результаты исследования: все три модели указывают на одну и ту же длину L_*≈D/2 (D – наружный диаметр свободной шины), в изученном диапазоне параметров первые две модели фактически совпадают, при дисбалансе пневмоколеса и L≈L_* – что нередко встречается на практике – параметрические резонансы наступают, если числа Кларка–Доджа–Найбэккена DΩ/V_A (V_A – скорость шарнира-сцепки, Ω – собственная частота колебаний при некатящемся пневмоколесе) принадлежат натуральному ряду. Кроме того, количественно описано влияние скорости V_A на собственную частоту колебаний, а также сделаны замечания о верификации моделей шимми и взаимосвязи механических постоянных шины.

Белубекян М.В., Саакян А.А. «О локализованной неустойчивости свободного края опертой по двум противоположным сторонам прямоугольной пластинки при различных условиях закрепления четвертой стороны» Механика твердого тела, № 3, с. 61-66 (2018)

Рассматривается задача устойчивости прямоугольной пластинки свободно опертой по двум противоположным сторонам, третья сторона которой свободна, а четвертая сторона либо защемлена, либо свободно оперта. Пластина сжимается нагрузкой, приложенной на свободном крае. Для обоих случаев закрепления четвертой стороны пластинки получены условия появления неустойчивости, локализованной в окрестности свободного края, как для случая консервативной нагрузки, так и для случая следящей нагрузки.

Кочетков Ю.М. «Опыты Куренкова и фундаментальные уравнения двухфазной газовой динамики сверхзвуковых сопел» Двигатель, № 2, с. 30-33 (2015)

Установлен факт насыщения кривой распределения частиц вдоль оси сверхзвукового сопла и показано, что двухфазный сверхзвуковой поток является монодисперсным. Разработаны фундаментальные уравнения для расчета двухфазного потока в сверхзвуковом сопле.

Кочетков Ю.М. «Современная парадигма или картина Репина "Приплыли"» Двигатель, № 4, с. 66-69 (2015)

Традиционная двигательная наука не учитывает основные физические особенности процессов в РД и требует пересмотра. Предложены новые подходы к решению основных задач газовой динамики, профилирования и неустойчивости.

Кочетков Ю.М. «Фундаментальное граничное условие сопровождения и новая постановка краевой задачи вязкой газовой динамики» Двигатель, № 5, с. 30-32 (2015)

Сформулировано граничное условие "сопровождения" на оси вязкого сжимаемого потока для внутренних течений в камерах сгорания и соплах. Дана математическая формулировка краевой задачи для вязкого сжимаемого ламинарного течения жидкостей и газов в камерах сгорания, соплах РД и каналах с внутренними течениями.

Кочетков Ю.М. «Закон Пси от Кси» Двигатель, № 2, с. 112-115 (2017)

Введена универсальная функция, описывающая процессы насыщения – нормальная функция насыщения, которая может быть использована в различных областях, в том числе для описания неравновесных процессов в ракетных двигателях. С помощью этой функции доказана Н-теорема Больцмана и определено понятие энтропии как дисперсии функции распределения.

Дружинин Я.М., Милешин В.И., Россихин А.А. «Расчётное исследование аэродинамических и акустических характеристик биротативного вентилятора со сверхвысокой степенью двухконтурности» Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 17, № 2, с. 68-79 (2018)

Представлены расчётные исследования аэродинамических характеристик модельного биротативного вентилятора со сверхвысокой степенью двухконтурности (m=20), разработанного в ЦИАМ в рамках европейского проекта COBRA (Innovative Counter rOtating fan system for high Bypass Ratio Aircraft engine). Проведено исследование нестационарных особенностей работы биротативного вентилятора, проведён анализ интенсивности ротор-ротор взаимодействия, исследованы особенности прохождения вязких нестационарных следовых возмущений через осевой зазор и лопаточный венец второго ротора. Для вентилятора представлены расчётные исследования тонального шума на режиме «посадка». Исследование проведено с использованием программного комплекса ЦИАМ 3DAS. Получены диаграммы направленности в дальнем поле в передней и задней полусфере для первых 16 гармоник тонального шума. Проведено сопоставление результатов с соответствующими результатами расчёта для биротативного вентилятора с высокой степенью двухконтурности m=10, разработанного в проекте VITAL. Дополнительно было проведено сопоставление результатов с экспериментальными данными для вентилятора с m=20.

Корин И.А., Пальчиковский В.В., Павлоградский В.В. «Определение импеданса крупногабаритной звукопоглощающей конструкции на основе численного моделирования распространения звука в канале с заданным азимутальным модальным составом» Вестник Самарского университета. Аэрокосмическая техника, технологии и машиностроение, 17, № 2, с. 109-121 (2018)

На основе численного моделирования проведено исследование определения импеданса крупногабаритной звукопоглощающей конструкции (ЗПК) при наличии вращающихся акустических мод в канале. Первый этап исследований состоял в отработке метода извлечения импеданса на простой модели цилиндра при установке микрофонов вне секции ЗПК. Натурный эксперимент был заменён численным моделированием распространения заданного азимутального состава шума в цилиндрическом канале с импедансной стенкой, импеданс которой известен (прямая задача). В результате решения прямой задачи определены значения акустических давлений в тех точках, где будут устанавливаться микрофоны при реализации натурного эксперимента. Полученные результаты использованы для решения обратной задачи – нахождения исходного импеданса. Решение обратной задачи с использованием процедуры поиска импеданса на основе минимизации функционала расхождения акустических давлений прямой и обратной задачи показало хорошую точность нахождения импеданса. Также было определено, что точность извлечения импеданса практически не меняется в зависимости от угла установки линейного массива микрофонов. Второй этап исследований состоял в применении отработанной методики к модели натурной установки испытаний крупногабаритных ЗПК. При определенном качестве конечно-элементной сетки была достигнута приемлемая точность нахождения импеданса. Также проверено, что в целях экономии расчётного времени для некоторых мод импеданс можно извлекать с приемлемой точностью в осесимметричной постановке. Тем самым определена возможность использования предложенного подхода на основе численного моделирования для извлечения импеданса крупногабаритной ЗПК.

Кирпичников В.Ю., Кощеев А.П., Смольников В.Ю., Сятковский А.И. «Экспериментальные исследования эффективности тонкого армированного вибропоглощающего покрытия на основе полимерной пленки ВПС» Труды Крыловского государственного научного центра (ранее: Труды ЦНИИ им. акад. А.Н. Крылова), № 1, с. 99-104 (2018)

Экспериментальные исследования эффективности армированного вибропоглощающего покрытия (ВПП) с использованием однородной пластины (модели ячейки конструкции). Рассмотрены варианты облицовки пластины листами покрытия, имеющими неодинаковые размеры. Определение разницы уровней вибровозбудимости и значений коэффициента потерь колебательной энергии в пластине при отсутствии и наличии ВПП. Эффективность покрытия зависит от размера его листов, оказывающих непосредственное влияние на интенсивность колебательных процессов в армирующем и диссипативном слоях. В диапазоне низших резонансных частот изгибных колебаний пластины эффективность облицовки единым листом больше эффективности при нанесении покрытия малогабаритными листами. Показана высокая эффективность тонкого армированного ВПП на основе полимерной пленки. Практическое значение работы состоит в возможности применения испытанного ВПП для уменьшения уровней вибрации конструкций в широком диапазоне частот.

Соболев Е.С., Сидоров В.В. «Взаимодействие сваи и окружающего грунта при вибрационном погружении» Вестник Московского государственного строительного университета, 13, № 3, с. 293-300 (2018)

Предмет исследования: предложена расчетная схема основания фундамента глубокого заложения для описания колебания системы «свая–весомое основание». Показывается, что в этом случае учет инерционных сил сваи и трения по боковой поверхности сваи приводит к непериодическому (негармоническому) затухающему колебанию фундамента глубокого заложения. Цели: оценка перемещений и сопротивления по боковой поверхности предварительно изготовленной железобетонной сваи при вибрационном погружении. Оценка ключевых факторов, влияющих на сопротивление сваи при вибрационном погружении. Материалы и методы: при решении задачи о взаимодействии сваи и окружающего грунта при вибрационном погружении использованы аналитические решения статической и динамической задач с использованием модифицированных реологических моделей грунтов. Аналитические решения выполнены с использованием программного комплекса MathCAD. Сопоставление результатов аналитических расчетов с численными выполнено в геотехническом программном комплексе PLAXIS 2D, реализующем метод конечных элементов. При численном решении задачи о взаимодействии сваи и окружающего грунта использована упругопластическая модель с упрочнением Мора–Кулона. Результаты: в качестве расчетной при решении задачи колебания «системы» рассматриваются различные контактные модели, в том числе упругая, нелинейная и реологическая с учетом упрочнения во времени. Использованы реологические параметры грунтов, определение которых может быть выполнено на основе специальных лабораторных исследований. Выводы: предложенная схема взаимодействия сваи и окружающего грунта при вибрационном погружении с достаточной точностью описывает колебания весомой сваи на упруго-вязком грунтовом основании с учетом сопротивления по боковой поверхности с учетом сил трения на контакте «свая–грунт». Выполненные аналитические и численные расчеты предложенной схемы показали качественную сходимость. Учет трения по боковой поверхности весомой сваи оказывает существенное влияние на характеристики колебания фундамента глубокого заложения.

Хлыстунов М.С., Могилюк Ж.Г. «Виброакустические аналогии для расчета конструкций на динамические нагрузки» Научно-технический вестник Поволжья, № 1, с. 98-101 (2018)

Рассматривается центральная проблема расчетного динамического моделирования и обследования конструкций объектов техносферы. Показано, что каждый элемент конструкции представляет собой сложную виброакустическую колебательную систему с распределенными массой и жесткостью. Динамическая модель конструкции исследуется как связанная система виброакустических импедансов конструктивных элементов.

Назаров С.А. «Асимптотика собственных колебаний длинной двумерной пластины Кирхгофа с переменным сечением» Математический сборник, 209, № 9, с. 35-86 (2018)

После масштабирования длинная пластина Кирхгофа с жестко защемленными торцами и свободными боковыми сторонами описывается смешанной краевой задачей для бигармонического оператора в тонкой области со слабо искривленной границей. На основе общей процедуры построения асимптотики решений эллиптических задач в тонких областях выведены и обоснованы асимптотические разложения собственных чисел и функций поставленной задачи по малому параметру – относительной ширине пластины. В низкочастотном диапазоне спектра в качестве предельной выступает задача Дирихле для обыкновенного дифференциального уравнения четвертого порядка с переменными коэффициентами, а в среднечастотном (вполне неожиданно) – задача Дирихле для уравнения второго порядка. Изучено явление пограничного слоя около торцов пластины, позволяющее построить бесконечные формальные асимптотические ряды для простых собственных чисел и соответствующих собственных функций, а также создать модель повышенной точности. Обсуждаются асимптотические конструкции в случае пластин с периодическими быстроосциллирующими границами или с иными группами краевых условий, отвечающих механически осмысленным способам крепления краев пластины.

Лапкис А.А., Никифоров В.Н., Первушин Л.А. «Виброакустическая паспортизация режимов работы машин перегрузочных энергоблоков ВВЭР» Глобальная ядерная безопасность, № 2, с. 82-90 (2018)

Рассматривается задача паспортизации режимов работы и определения технического состояния перегрузочной машины энергоблока ВВЭР по результатам виброакустического мониторинга. Предлагается применение псевдофазовых диаграмм для визуализации виброакустической информации. Рассмотрен пример определения эталонных характеристик режимов работы рабочей штанги машины перегрузочной энергоблока АЭС с реактором ВВЭР-1000.

Заморёнов М.В., Копп В.Я., Заморёнова Д.В. «Метод моделирования регенерирующих систем» Математическое моделирование, 30, № 6, с. 133-134 (2018)

Рассматривается разновидность алгоритма фазового укрупнения для анализа регенерирующих систем. Приводится и доказывается теорема о времени пребывания в подмножестве непрерывных состояний. Рассмотрен пример моделирования обслуживающего устройства с обесценивающими отказами с использованием указанной теоремы и метода траекторий. Проведено сравнение результатов моделирования методом траекторий и известным из литературы методом, основанным на решении уравнений марковского восстановления. Сравнение подтвердило правильность предложенного метода моделирования.

Лямина Е.А., Новожилова О.В. «Оптимизация формы матрицы для волочения листа в условиях плоской деформации» Математическое моделирование, 30, № 7, с. 3-15 (2018)

Теория идеальных течений используется для определения оптимальной формы матрицы для волочения и выдавливания листа в условиях плоско-деформированного состояния. Решение строится методом характеристик. В отличие от известных решений по теории идеальных течений, предполагается, что часть профиля матрицы задана. Решение сводится к вычислению обыкновенных интегралов. В качестве примера построен профиль матрицы в предположении, что часть этого профиля задана и имеет форму дуги окружности.

Пожалостин А.А., Гончаров Д.А. «Экспериментально-аналитический метод определения логарифмического декремента колебаний для случая осесимметричных колебаний упругого бака с жидкостью» Естественные и технические науки, № 6, с. 93-94 (2018)

Получено численное значение логарифмического декремента колебаний ( для первого тона ) модели упругого бака из целлулоида заполненного маловязкой жидкостью ( вода ). Найдены значения частот осесимметричных колебаний системы для ряда значений уровня жидкости в баке, методом вынужденных колебаний.

Бадаев А.С. «Фронтальные акустические системы для домашнего кинотеатра» Вестник Воронежского государственного технического университета, 14, № 4, с. 96-102 (2018)

Представлены методики расчета акустических оформлений типа «акустическая трансмиссионная линия (акустический лабиринт)» и «полосовой резонатор (Bandpass)». Показано, что оптимальной длиной лабиринта с точки зрения уровня звукового давления, КПД, излучаемой акустической мощности и минимальных искажений является четверть звуковой волны, излучаемой головкой громкоговорителя (ГГ) на частоте своего основного резонанса, а его площадь поперечного сечения равна эффективной площади диффузора ГГ. При этом входное сопротивление лабиринта максимально и имеет чисто активный характер, его поведение подобно параллельному электрическому контуру, настроенному в резонанс. На частоте этого резонанса труба лабиринта интенсивно излучает звуковую энергию в окружающее пространство, а амплитуда колебаний диффузора ГГ минимальна, вследствие чего резко снижаются искажения. Предложенный метод расчета полосового резонатора (ПР) четвертого порядка, использованного в качестве акустического оформления сабвуфера акустических систем (АС), основан на представлении ПР как ГГ, установленной в закрытом корпусе (задняя камера) и нагруженной на корпус с фазоинвертором (передняя камера). Учет влияния упругости воздуха в задней камере на параметры ГГ и их выбор позволили рассчитать ПР с высоким звуковым давлением и КПД не в ущерб переходным характеристикам. На основе предложенных методик были разработаны АС для домашнего кинотеатра, особенностью которых является использование двух конструктивно связанных в одном корпусе блоков, непосредственно АС и активного сабвуфера, выполненных на основе разных оформлений – лабиринта и полосового резонатора. Представлены технические параметры и характеристики разработанных АС. Анализ результатов измерений показывает правильность расчета АС, отмечены высокий уровень звукового давления и хорошее качество звучания разработанных АС

Кугушев Е.И., Левин М.А., Попова Т.В «О механических системах с быстро вибрирующими связями» Вестник Московского университета. Серия 1: Математика. Механика, № 4, с. 29-34 (2018)

Рассматривается натуральная лагранжева система, на которую наложена дополнительная голономная нестационарная связь, причем зависимость от времени входит в эту связь через параметр, совершающий быстрые периодические колебания. Такую связь будем называть вибрирующей. Получены уравнения движения системы с вибрирующей связью в форме уравнений Гамильтона. Показано, что структура гамильтониана системы имеет специальный вид, удобный для вывода усредненных уравнений. Использование метода усреднения позволяет получить предельные уравнения движения системы при стремлении частоты вибраций к бесконечности и доказать равномерную сходимость решений уравнений Гамильтона к решениям предельных уравнений на конечном отрезке времени. Приводятся примеры.

Дружинин Я.М., Милешин В.И., Россихин А.А. «Расчетно-экспериментальное исследование тонального шума биротативного вентилятора» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Шестая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 19–24 сентября 2016 г.: Сборник тезисов, с. 205 (2016)

Одной из перспективных компоновочных схем авиационных двигателей является схема ТРДД высокой степени двухконтурности с биротативным вентилятором. Такие двигатели обладают высокой топливной эффективностью. В то же время им свойственен ряд недостатков. В частности для них характерны более высокие уровни шума, чем для аналогичных по характеристикам турбовентиляторных двигателей с однорядным вентилятором. В данной работе описываются расчетные исследования тонального шума модельного биротативного вентилятора на режиме «посадка» (одном из трех сертификационных режимов по нормам ИКАО). Исследования проводились с помощью 3D методики нестационарного расчеса взаимодействия венцов, реализованной в программном комплексе ЦИАМ 3D AS. Метод, используемый в программном комплексе, базируется на решении линейных или нелинейных уравнений Эйлера для возмущений поверх вязкого стационарного среднего поля течения в системе отсчета вращающихся венцов. Взаимодействие между венцами турбомашины обеспечивается с помощью специальных интерфейсов типа «скользящие сетки». Эти интерфейсы передают нестационарные акустические (а также вихревые и энтропийные) возмущения и неоднородности среднего поля течения через границу между расчетными областями для различных венцов, тем самым обеспечивая непрерывность полных параметров течения при переходе через границу. Дискретизация уравнений по пространству в рамках используемого метода построена на основе метода конечных объемов и с использованием обобщенной на метод конечных объемов аэроакустической DRP (Dispersion Relation Preserving Scheme) схемы четвертого порядка. Для дискретизации уравнений по времени применяется явная оптимизированная 4-х шаговая схема Рунге–Кутта (LDDRK – Low Dissipation and Dispersion Runge–Kutta Schemes) второго порядка. Для расчета излучения в дальнее поле используется полуаналитическая методика, основанная на уравнении Фокса–Вильямса–Хокингса. В работе представлено сравнение результатов акустического расчета (диаграмм направленности в дальнем поле для наиболее интенсивных тонов взаимодействия) с имеющимися экспериментальными данными.

Аксенов А.А., Жлуктов С.В., Сорокин К.Э., Фишер Ю.В., Рыбак С.П. «Применение скошенной схемы в вихреразрешающей методике моделирования шума вентилятора» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Седьмая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 17–22 сентября 2018 г.: Сборник тезисов, с. 20-21 (2018)

Вихреразрешающие методики расчета движения сплошной среды основаны на применении расчетных схем высокого порядка точности (более 5-го) и очень подробных расчетных сеток, которые должны разрешить вихревую структуру течения, генерирующую акустические колебания и звуковые волны. Данный подход требует применения высокопроизводительной параллельной вычислительной техники. Однако, применение схем высокого порядка точности накладывает серьезные ограничения на масштабируемость вычислительного процесса с одной стороны, с друг ой стороны, противоречит турбулентному, т.е. хаотичному характеру движения жидкости. Применение расчетных схем более низкого порядка точности приводит к заметной схемной диссипации, что выражается в «срезании» высоких частот акустического поля. Вместе с тем, имеется известный подход, мало используемый в CFD-расчетах, связанный с применением гак называемых скошенных схем. Скошенная схема отличается от обычных тем, что информация между расчетными ячейками передается не только через грани ячеек, а также через ребра и вершины. В этом случае шаблон расчетной схемы несколько увеличивается, но не так сильно, как в схемах высокого порядка. Применение скошенной схемы позволяет уменьшить схемную диссипацию. Это положительно сказывается на разрешении мелких вихрей и уменьшает их диссипацию. Скошенная схема реализована в программном комплексе FlowVision. Данный программный комплекс основан на конечно-объемном подходе. Он генерирует и использует гексодоминантные динамически локально адаптируемые расчетные сетки. Адаптация (измельчение и укрупнение ячеек) производится автоматически. Решение уравнений Навье–Стокса основано на алгоритме расщепления. Введение в алгоритм скошенной схемы потребовало модификации метода расщепления. В данном докладе описываются скошенная схема и модифицированный метод расщепления.

Милешин В.И., Панков С.В., Россихин А.А. «Расчетное исследование тонального шума модельного вентилятора со сверхнизкой окружной скоростью» Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Седьмая всероссийская конференция, г. Светлогорск Калининградской обл., 17–22 сентября 2018 г.: Сборник тезисов, с. 136-137 (2018)

Доминирующий вклад в шум ТРДД вносит вентилятор. Одним и подходов к снижению шума вентилятора является снижение окружной скорости вентилятора. В работе исследуется тональный шум вентилятора со сверхнизкой окружной скоростью в передней и задней полусферах на режиме «посадка».