Ванг Дж.М., Ванг Х., Ма Й., Минг К.Дж., У Дж.К. «Характеристики течения в сверхзвуковой открытой полости» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 135-149 (2019)

Течение в открытой полости подвержено интенсивным самоподдерживающимся осцилляциям. Это нестационарное течение, характеризуемое множественными тонами, порождает мощные пульсации давления. В работе течение в полости при числе Маха набегающего потока 1.19 моделируется при помощи метода отсоединенных вихрей. Для лучшего понимания процессов переноса сдвигового слоя и частотных характеристик поле скорости потока на середине ширины полости изучено посредством разложения по динамическим модам (DMD). Выделены три первые моды сверхзвукового течения в полости и при их помощи описана конфигурация течения на доминирующих частотах; этим DMD-модам соответствуют течения с двумя, тремя и четырьмя вихрями. Предложены упрощенные модовые структуры, позволяющие определить динамику течения в сверхзвуковой полости. Когда волна сжатия, являющаяся частью петли обратной связи, сталкивается с волной вытеснения в определенном месте, возникает явление, аналогичное звуковому удару, производящее очень сильный шум в полости.

Вань А., Оуян Х., Се Х., У Я. «Экспериментальное исследование нелинейной аэроупругости одиночного профиля NACA в следе при наличии вибраций» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 4, с. 95-110 (2019)

Современные экономические и экологические стандарты требуют, чтобы лопасти турбин и крылья самолетов были возможно более легкими и гибкими при увеличении на них механической и аэродинамической нагрузки. Однако наличие аэродинамического возбуждения может привести к росту числа факторов, влияющих на вибрацию конструкции, в результате чего возникает задача аэроупругости. В отличие от случая механических резонансных вибраций, конструкция может взаимодействовать с аэродинамическим возбуждением и это возбуждение способно привести к захвату частоты в области, превышающей 10% от собственной частоты конструкции. Это явление расширяет диапазон высокоамплитудной реакции и должно учитываться при проектировании с учетом требований безопасности. В работе экспериментально исследуется реакция конструкции на аэродинамическое возбуждение. Экспериментальная установка включает цилиндр, находящийся выше по потоку, и одиночный профиль NACA ниже по потоку, размещенные в аэродинамической трубе. Передний цилиндр генерирует вихри, которые воздействуют на профиль NACA, возбуждая периодические колебания гибкой конструкции. Скорость потока измерялась термоанемометром, синхронно в положениях вверх и вниз по потоку от тела. Для условий, соответствующих эксперименту, выполнено численное моделирование, результаты которого сопоставлены с данными измерений. Для одного типичного случая основные особенности структуры течения выявлены методом собственно ортогонального разложения. Структурные свойства профиля, включая собственную частоту и скорость затухания, определены посредством конечно-элементного анализа и испытания обстукиванием. Основываясь на свойствах жидкости и конструкции, становится возможно провести взаимосвязанный тест и анализ. Характеристики вибраций профиля NACA в модах первого и второго порядка исследовались при изменении скорости набегающего потока и диаметра цилиндра. Для вынужденных вибраций первой моды характерно явление захвата частоты, а максимальная амплитуда не приходится на точку резонанса. В то же время вибрации второй моды обнаруживают типичное резонансное поведение.

Вань А., Фань Ч., У Я., Юй Я. «Динамический срыв потока с тонкого профиляи срыв у передней кромки колеблющегося крылапри малых числах Рейнольдса» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 5, с. 102-116 (2019)

Исследованы нестационарные аэродинамические характеристики плоской пластины и профиля NACA 0012, колеблющихся по углу атаки в окрестности угла статического срыва потока при малом числе Рейнольдса 3.2·10⁴. Кинематика колебательного движения описывается синусоидальной функцией с различными частотой и амплитудой колебаний. Исследование для двумерного случая проведено как экспериментальными, так и численными методами. Цель экспериментов состояла в непосредственном измерении аэродинамических сил и момента. При численном моделировании нестационарное поле течения и коэффициенты подъемной силы (CL) рассчитывались с использованием гамма-тета SST (Shear Stress Transport) модели турбулентности. Имеет место хорошее качественное согласование расчетных и экспериментальных данных по CL, что указывает на адекватность модифицированной RANS модели для расчета переходных течений. В целом динамические эффекты сильнее проявляются в случае профиля NACA 0012, чем для пластины. При фиксированном значении приведенной частоты форма петли гистерезиса CL имеет некоторые характерные особенности, а именно: процесс присоединения потока при движении вниз для NACA 0012 протекает медленнее, чем для пластины, так что имеет место медленный переход для CL, а с задней кромки даже при малых углах атаки сходят стационарные вихри, что приводит к локальной неустойчивости CL. Исследование влияния приведенной частоты и амплитуды показало, что угол атаки, соответствующий максимуму CL, более чувствителен к изменениям первого параметра, а параметром, определяющим угол динамического срыва потока, как для пластины так и для профиля NACA 0012, является приведенная угловая скорость тангажа α. Помимо того, результаты, полученные при K=0.07, показывают, что при максимальном угле атаки коэффициенты подъемной силы и сопротивления близки к их статическим значениям для крыльев изученной геометрии и в рассмотренном диапазоне амплитуд.

Сухинов А.И., Угольницкий Г.А., Усов А.Б. «Методы решения теоретико-игровых моделей согласования интересов при управлении рыболовством» Математическое моделирование, 31, № 7, с. 127-142 (2019)

Исследуются динамические теоретико-игровые модели согласования частных и общественных интересов агентов в рамках концепции устойчивого развития управляемой ими динамической системы. В рамках этой концепции механизмы иерархического управления – методы принуждения и побуждения – формализованы как решения иерархических дифференциальных игр с фазовыми ограничениями, отражающими требования к состоянию управляемой динамической системы, обеспечивающему условия устойчивого развития. Принуждение предполагает воздействие ведущего игрока (субъекта управления устойчивым развитием) на множество допустимых управлений ведомого (субъекта воздействия на управляемую динамическую систему), а побуждение – на его функцию выигрыша. Механизмы административного и экономического управления формализованы как сценарии компьютерной имитации. Рассмотренные в статье динамические модели являются развитием моделей согласования общественных и частных интересов, предложенных Ю.Б. Гермейером и И.А. Вателем. Проведены численные расчеты и выполнен сравнительный анализ эффективности указанных механизмов управления для модели рыболовства.

Уколов А.И., Родионов В.П., Старовойтов П.П. «Гидрокавитационное струйное удаление внутренностей у обезглавленных рыб» Вестник Камчатского государственного технического университета (КамчатГТУ), № 48, с. 43-48 (2019)

Работа продолжает цикл статей авторов, посвященных изучению возможности использования гидродинамической суперкавитации для удаления внутренностей у обезглавленных рыб с целью внедрения данного метода в производственную деятельность предприятий рыбной промышленности. Выполненные эксперименты позволили определить оптимальный диапазон давления насосной установки, необходимый для обеспечения данного процесса. Установлено, что при использовании разработанных авторами кавитаторов очистка рыбы от внутренностей без разрушения ее тела происходит при давлении от 0,5 МПа до 1,5 МПа. Компьютерное моделирование этого процесса подтвердило наличие концентрированной паровой фазы во внутреннем объеме брюшной полости рыбы. Однако за счет фазового перехода у поверхности тела рыбы наблюдается уменьшение давления и скорости потока, что способствует сохранению целостности продукта.

Ганиев Р.Ф., Ревизников Д.Л., Сухарев Т.Ю., Украинский Л.Е. «Волновое перемешивание в системе подвижных коаксиальных цилиндров» Доклады академии наук, 486, № 1, с. 30-33 (2019)

Представлены результаты компьютерного моделирования перемешивания в системе подвижных коаксиальных цилиндров. Получены детальные пространственно-временные картины протекающих процессов и определены основные структуры в поле течения. На основе анализа особых точек векторного поля скоростей жидкости предложен способ профилирования ротора. Введены числа подобия, использование которых позволяет осуществить переход от лабораторных стендовых установок к реальным производственным аппаратам.

Аптекарь Р.Л., Быков А.М., Голенецкий С.В., Фредерикс Д.Д., Свинкин Д.С., Уланов М.В., Цветкова А.Е., Козлова А.В., Лысенко А.Л. «Космические гамма-всплески и мягкие гамма-репитеры – наблюдения и моделирование экстремальных астрофизических процессов (К 100-летию Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН)» Успехи физических наук, 189, № 8, с. 785-802 (2019)

Гамма-всплески и гамма-репитеры (повторные мягкие гамма-всплески) являются наиболее яркими источниками космического гамма излучения. Физические процессы, приводящие к огромным светимостям космических гамма-источников, представляют фундаментальный интерес, поскольку позволяют изучать явления в окрестности чёрных дыр звёздных масс и нейтронных звёзд с магнитными полями, вероятно, выше критических квантово-электродинамических значений, необходимых для поляризации вакуума. Это делает возможным изучение физических процессов в условиях, недостижимых в физических лабораториях. Высокая светимость гамма-всплесков позволяет наблюдать их на космологических расстояниях и изучать процессы образования первых звёзд, а также свойства материи на луче зрения. Приводится краткий обзор результатов современных всеволновых исследований космических гамма-всплесков и мягких гамма-репитеров. Описывается история развития, основные результаты и перспективы исследований космических гамма-всплесков и мягких гамма-репитеров – актуального направления фундаментальных космических исследований в Физико-техническом институте (ФТИ) им. А.Ф. Иоффе РАН. Детально представлены результаты, полученные в экспериментах с детекторами КОНУС нескольких поколений, разработанных и успешно реализованных в ФТИ. Наблюдательные данные, полученные в космических экспериментах, эффективно дополняются результатами моделирования астрофизических источников с экстремальным выделением энергии. Обсуждаются перспективы исследования гамма-всплесков и мягких гамма-репитеров, включая эксперименты, планируемые в ФТИ им. А.Ф. Иоффе.

Сухинов А.И., Угольницкий Г.А., Усов А.Б. «Методы решения теоретико-игровых моделей согласования интересов при управлении рыболовством» Математическое моделирование, 31, № 7, с. 127-142 (2019)

Исследуются динамические теоретико-игровые модели согласования частных и общественных интересов агентов в рамках концепции устойчивого развития управляемой ими динамической системы. В рамках этой концепции механизмы иерархического управления – методы принуждения и побуждения – формализованы как решения иерархических дифференциальных игр с фазовыми ограничениями, отражающими требования к состоянию управляемой динамической системы, обеспечивающему условия устойчивого развития. Принуждение предполагает воздействие ведущего игрока (субъекта управления устойчивым развитием) на множество допустимых управлений ведомого (субъекта воздействия на управляемую динамическую систему), а побуждение – на его функцию выигрыша. Механизмы административного и экономического управления формализованы как сценарии компьютерной имитации. Рассмотренные в статье динамические модели являются развитием моделей согласования общественных и частных интересов, предложенных Ю.Б. Гермейером и И.А. Вателем. Проведены численные расчеты и выполнен сравнительный анализ эффективности указанных механизмов управления для модели рыболовства.

Колдоба А.В., Устюгова Г.В. «Разностная схема с анализатором симметрии для уравнений газовой динамики» Математическое моделирование, 31, № 7, с. 45-57 (2019)

Предлагается анализатор симметрии как элемент вычислительного алгоритма для численного интегрирования двумерных уравнений идеальной газовой динамики. Анализатор симметрии – алгоритм, позволяющий по сеточным данным отдать предпочтение тем или иным (в настоящей работе декартовым или полярным) компонентам векторного поля для его реконструкции на грани расчетной сетки и последующего расчета потоков консервативных переменных. Построен вычислительный алгоритм, использующий расчетную сетку полярного типа и включающий анализатор симметрии. Алгоритм легко переносится на трехмерные расчетные сетки цилиндрического типа.

Козицин И.В., Чхартишвили А.Г., Марченко А.М., Норкин Д.О., Осипов С.Д., Утешев И.А., Гойко В.Л., Палкин Р.В., Мягков М.Г. «Моделирование политических взглядов российских пользователей социальной сети ВКонтакте» Математическое моделирование, 31, № 8, с. 3-20 (2019)

Предложены две модели машинного обучения для автоматического определения политических взглядов российских пользователей ВКонтакте, в основе которых лежит микроподход к анализу данных ВКонтакте. Результаты приложены к различным научным и прикладным сферам. Одна из них – мониторинг общественного мнения: в результате апробации на выборке, состоящей из 22 миллионов цифровых отпечатков аккаунтов совершеннолетних пользователей, были построены две оценки распределения симпатий соответствующих пользователей в преддверии выборов Президента РФ 2018 года. При использовании этих оценок для построения ретроспективного прогноза результатов выборов средние абсолютные ошибки составили 12 и 19.4% соответственно, причем в первом случае были верно расставлены три первых места. Кроме того, представлен подход к калибровке параметров математических моделей динамики мнений, а именно, величин, отвечающих за сами мнения пользователей. В основе данного подхода лежат оценки, генерируемые построенными алгоритмами.

Порошина Я.Э., Уткин П.С. «Численное моделирование распространения детонационной волны в рамках двухстадийной модели кинетики химических реакций в системе координат, связанной с фронтом лидирующей волны» Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии, 20, № 3, с. 293-308 (2019)

Для численного исследования пульсирующей детонационной волны в рамках двухстадийной модели кинетики химических реакций в системе координат, связанной с фронтом лидирующей волны, разработан оригинальный вычислительный алгоритм. Для четырех известных режимов распространения детонации в рамках данной модели исследовано влияние порядка аппроксимации алгоритма, длины расчетной области, сеточного разрешения и типа граничного условия на дальней границе на результаты моделирования. Проведено сравнение характера пульсаций с результатами расчетов других авторов.

Елесин В.В., Сидоренко Д.А., Уткин П.С. «Метод декартовых сеток для трехмерного численного моделирования распространения ударных волн в областях сложной формы с подвижными границами» Вычислительные методы и программирование: новые вычислительные технологии, 20, № 3, с. 309-322 (2019)

Статья посвящена разработке и количественной оценке свойств вычислительного алгоритма метода декартовых сеток для трехмерного математического моделирования распространения ударных волн в областях сложной изменяющейся формы. Представлено подробное описание вычислительного алгоритма, ключевым элементом которого является определение численного потока через грани, по которым внутренние, регулярные ячейки расчетной области соседствуют с внешними, пересекаемыми границами тел ячейками. Работоспособность алгоритма продемонстрирована в результате сравнения рассчитанных и экспериментальных данных в задачах о взаимодействии ударной волны с неподвижной сферой и подвижной частицей.

Стручков А.В., Козелков А.С., Жучков Р.Н., Уткина А.А., Саразов А.В. «Численное моделирование задач аэродинамики со статической адаптацией сетки под особенности решения» Вопросы атомной науки и техники. Серия: Математическое моделирование физических процессов, № 2, с. 55-67 (2019)

Представлено описание алгоритма численного решения задач аэродинамики, основанного на выделении областей ударных волн и последующем измельчении в них расчетной сетки посредством метода адаптивно-встраиваемых сеток. Применяемый метод основан на дроблении ячеек за счет добавления новых узлов на грани. Выделение области ударных волн для адаптации осуществляется с использованием критерия на основе градиента давления и градиента плотности. Предлагаемый алгоритм реализован на произвольных неструктурированных сетках и ориентирован на конечно-объемную дискретизацию системы уравнений Навье–Стокса. Применение алгоритма демонстрируется на задачах о трансзвуковом обтекании профиля NACA0012 и сверхзвуковом обтекании клина. Показано, что использование предложенного метода адаптивных сеток существенно улучшает качество численного решения, полученного на грубых сетках

Аронов Л.А., Доброленский Ю.С., Ушаков В.Н. «О возможности использования периодического опорного сигнала в гомодинном акустооптическом спектроанализаторе» Известия высших учебных заведений России. Радиоэлектроника, 22, № 3, с. 97-105 (2019)

Для работы гомодинного акустооптического спектроанализатора необходимо организовать опорный оптический канал. Сигнал в этом канале должен обеспечивать равномерную засветку по всей области пространственных частот. В общем случае можно рассматривать работу спектроанализатора с фотоприемником мгновенного действия и фотоприемником с накоплением. В последнем случае сигнал в опорном канале предлагается формировать в виде периодической последовательности широкополосных импульсов. Целью является анализ работы спектроанализатора с периодическим опорным сигналом. Анализ основан на выводе математического выражения, описывающего влияние структуры опорного сигнала на выходной сигнал спектроанализатора для случаев применения фотоприемника мгновенного действия и фотоприемника с накоплением. Показано, что для спектроанализатора с фотоприемником мгновенного действия периодичность опорного сигнала не приводит к ухудшению характеристик. Однако такой вариант при большом количестве точек разрешения в частотной области нецелесообразен с практической точки зрения, так как требует параллельной обработки сигнала каждого фотоприемника трактом с фильтрацией, усилением и оцифровкой. При использовании фотоприемника с накоплением процесс накопления заряда приводит к формированию дискретной сетки частот, что означает наличие пропусков сигналов по частоте. Установлено, что избежать этого можно, выбирая время накопления, равное минимальному среди значений временной апертуры акустооптического модулятора и периода сигнала. Реализация такого варианта на практике либо невозможна на современных фотоприемниках с накоплением, либо приводит к наличию пропусков по частоте или времени. Делается вывод, что для обеспечения режима реального времени в гомодинном акустооптическом спектроанализаторе опорный сигнал должен быть либо непериодическим, что ставит вопрос о синтезе подходящего сигнала, либо необходимо использовать фотоприемник мгновенного действия в виде линейки фотодиодов.