Козубская Т.К. «Тематический выпуск "Вычислительный эксперимент в аэроакустике"» Математическое моделирование, 33, № 7, с. 3-4 (2021)

Настоящий тематический выпуск включает статьи, посвящённые вычислительному эксперименту в аэроакустике и нестационарной аэродинамике. В представленных работах рассматриваются как обеспечивающие вычислительный эксперимент математические модели, численные методы и программные комплексы, так и полученные с его помощью результаты решения широкого круга прикладных задач, связанных с моделированием нестационарных турбулентных течений и генерируемых ими акустических полей. Объединяет статьи тематического выпуска также их ориентация на приложения авиационной промышленности. Следует отметить, что все статьи выпуска прошли тщательное рецензирование согласно принятым в журнале правилам, в качестве экспертов привлекались известные специалисты в области вычислительной газовой динамики и аэроакустики. Все включенные в выпуск статьи подготовлены по материалам докладов, планировавшихся к представлению на Восьмой российской конференции «Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике», которая должна была пройти в сентябре 2020 года и, к сожалению, была отменена в связи с пандемией коронавируса. Конференции «Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике» проходят, начиная с 2006 года, с регулярностью один раз в два года в городе Светлогорске Калининградской области. Инициатором проведения конференций и её организатором является Институт прикладной математики им. М.В. Келдыша РАН. Девятая конференции данной серии состоится в Светлогорске во второй половине сентября 2022 года, а несостоявшаяся вовремя Восьмая конференция будет проходить с 20 по 25 сентября 2021 г. в городе Геленджике в составе Всероссийского аэроакустического форума. Со всей имеющейся информацией о ближайших конференциях можно ознакомиться на постоянно обновляемом сайте http://ceaa.imamod.ru.

Исаев С.А., Мяу Дж.Дж., Никущенко Д.В., Судаков А.Г., Усачов А.Е. «Моделирование влияния сдвига ветра на снижение лобового сопротивления энергоэффективного высотного сооружения с использованием дросселирующего эффекта» Математическое моделирование, 33, № 7, с. 5-17 (2021)

Оригинальные многоблочные вычислительные технологии, базирующиеся на использовании разномасштабных пересекающихся сеток и реализованные в пакете VP2/3, применены для численного моделирования влияния сдвига ветра на двумерное турбулентное обтекание энергоэффективного высотного сооружения. Сооружение представляет собой круговой цилиндр в дырчатом кожухе. Дросселирующий эффект, связанный с перепусканием воздуха из зоны торможения перед телом в область ближнего следа за ним, стабилизирует обтекание тела и уменьшает его лобовое сопротивление. Сдвиг ветра имитируется вихревой дорожкой за размещенным перед телом поперечным малогабаритным цилиндром квадратного сечения. В качестве теста рассматривается эксперимент Игараши о взаимодействии вихревой дорожки за цилиндром малого диаметра с поперечной пластиной в равномерном потоке воздуха.

Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л., Дядькин А.А., Рыбак С.П., Михайлов М.В. «Моделирование воздействия следов сопел блока аварийного спасения на поверхность пилотируемого космического корабля» Математическое моделирование, 33, № 7, с. 18-34 (2021)

Представлены результаты численного моделирования воздействия следов сопел ракетного блока аварийного спасения на поверхность пилотируемого космического корабля. Расчеты выполнены в рамках предложенной и валидированной авторами ранее двухэтапной зонной RANS-LES методики, базирующейся на использовании в качестве модели LES с пристеночным моделированием (WMLES) известного вихреразрешающего подхода IDDES. В данной работе эта методика усовершенствована путем включения в WMLES подобласть первого ряда сопел блока аварийного спасения и проведения расчетов в полной (360°) азимутальной области. Это позволило повысить точность расчетов за счет более корректного описания следов этих сопел и проанализировать обтекание корабля при ненулевых углах атаки. Выполнен анализ влияния числа Маха полета на амплитудно-частотные характеристики пульсаций давления на поверхности корабля, в том числе на их изменение при переходе через звуковой барьер. Кроме того, для трансзвукового режима при числе Маха M_∞=0.95 исследовано влияние угла атаки и взаимного азимутального расположения сопел первого и второго ряда.

Александров А.В., Дородницын Л.В., Дубень А.П., Колюхин Д.Р. «Генерация анизотропных турбулентных полей скорости на основе рандомизированного спектрального метода» Математическое моделирование, 33, № 7, с. 35-46 (2021)

Предлагается методика генерации синтетических полей турбулентных пульсаций скорости, основанная на рандомизированном спектральном методе. Генерируемые поля обладают нулевой дивергенцией и заданными свойствами анизотропии и пространственной неоднородности. Расчет канонической задачи о развитом турбулентном течении в канале, использующий сгенерированные турбулентные поля, демонстрирует хорошее совпадение результатов с данными прямого численного моделирования.

Бахнэ С. «Сравнение аппроксимаций конвективных членов в методах семейства DES» Математическое моделирование, 33, № 7, с. 47-62 (2021)

Рассмотрены центрально-разностные и противопоточные способы аппроксимаций конвективных членов уравнений газовой динамики, а также их взаимодействие, осуществлённое с помощью различных переходных и весовых функций. Тестирование проводилось на модельной задаче о распаде однородной изотропной турбулентности. Рассматривались методы крупных вихрей с замыкающими моделями турбулентности. Исследовался вопрос согласованности начального поля по параметрам модели турбулентности. Определены оптимальные значения констант замыкающей модели турбулентности, позволяющие в случае центрально-разностной аппроксимации поддерживать низкий уровень диссипации кинетической энергии турбулентности в высокочастотной области её спектра. Определён весовой коэффициент противопоточной схемы, начиная с которого влияние упомянутых констант становится несущественным.

Любимов Д.А., Честных А.О. «Исследование RANS/ILES методом влияния дросселирования на пульсации давления в многомодульном сверхзвуковом воздухозаборнике» Математическое моделирование, 33, № 7, с. 63-78 (2021)

С помощью RANS/ILES метода проанализировано влияние дросселирования одного из модулей в трехмодульном высокоскоростном модельном воздухозаборнике на течение, уровень и спектры пульсаций давления в каждом из модулей. Дано краткое описание метода расчета и использованных граничных условий. Получены уровни OASPL в модулях воздухозаборника в зависимости от типа торможения потока. Выявлено влияние дросселирования одного из модулей на течение и особенности 1/3-октавных спектров в соседних модулях.

Босняков С.М., Матяш И.С., Михайлов С.В. «Численное исследование низкочастотных пульсаций в слое смешения струи натурной аэродинамической трубы и опыт моделирования струйного актуатора для их подавления» Математическое моделирование, 33, № 7, с. 79-92 (2021)

Дано описание метода высокого разрешения для моделирования крупных вихрей (LES). Рассмотрена классическая задача турбулентного течения на границе струи натурной аэродинамической трубы. Дано описание расчетной методологии. Представлены результаты численного моделирования. Обсуждены идея и опыт моделирования струйного актуатора для подавления низкочастотных пульсаций на границе струи.

Россихин А.А., Милешин В.И. «Использование осесимметричного метода гармонического баланса для расчета распространения нестационарных возмущений по тракту авиационного двигателя» Математическое моделирование, 33, № 7, с. 93-108 (2021)

Представлен метод расчета распространения нестационарных возмущений по тракту турбореактивного двухконтурного двигателя (ТРДД), учитывающий нелинейные эффекты. Он основан на поиске решения в виде конечного набора азимутальных мод и проведении расчета для комплексных амплитуд этих мод с применением метода гармонического баланса. Использование метода может позволить ускорить расчет распространения возмущений через воздухозаборник и сопло ТРДД в том случае, когда влиянием нелинейных эффектов нельзя пренебречь. Рассматриваемый метод реализован в программном комплексе ЦИАМ 3DAS (3 Dimensional Acoustics Solver). Он был проверен на задаче расчета нелинейного взаимодействия акустических мод в 2D цилиндрическом канале. Результаты расчета с использованием данного метода показали хорошее соответствие с результатами расчета, выполненного во временной области.

Босняков И.С., Клюев Н.А. «Эффективность решения одномерного уравнения Хопфа разрывным методом Галеркина схемами ADER и Рунге–Кутта» Математическое моделирование, 33, № 7, с. 109-120 (2021)

Рассматриваются схемы Галеркина с разрывными функциями, построенные на базисах с полиномами Лежандра степени K=2,3. Схемы записываются для решения одномерного уравнения Хопфа. Нестационарное решение получается применением алгоритмов ADER и Рунге–Кутта. Подтверждается заявленный высокий порядок точности численных подходов. Исследуется вычислительная эффективность метода ADER в сравнении с традиционным подходом. В качестве тестов используются задачи, имеющие аналитическое решение (линейное решение и бегущая полуволна), а также задача с турбулентностью Бюргерса. Результаты данной работы могут быть использованы для ускорения трехмерных алгоритмов на базе схемы Галёркина.

Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л., Дядькин А.А., Михайлов М.В., Рыбак С.П., Даньков Б.Н., Косенко А.П. «Двухэтапная RANS-DDES модель и результаты расчета нестационарных воздействий на возвращаемый аппарат и двигательный отсек космического корабля при их аварийном разделении» Математическое моделирование, 33, № 7, с. 121-138 (2021)

Представлены двухэтапная RANS-DDES модель и результаты расчетов турбулентного транс- и сверхзвукового обтекания пилотируемого космического корабля при аварийном отделении возвращаемого аппарата после включения двигательной установки системы аварийного спасения экипажа на начальном этапе полета. Основное внимание уделяется определению нестационарных аэродинамических и акустических воздействий на возвращаемый аппарат и на обтекатель двигательного отсека. Показано, что эти воздействия достигают максимальных значений на поверхности обтекателя в области, где с ней взаимодействуют турбулентные структуры сдвигового слоя, отрывающегося от кромки теплозащитного экрана возвращаемого аппарата. Кроме того, обнаружено, что при трансзвуковых режимах полета на начальной стадии разведения в зазоре, образующемся между возвращаемым аппаратом и двигательным отсеком, возникают автоколебания аэроакустической природы.