«Всероссийский аэроакустический форум 20–25 сентября 2021 года, Геленджик» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 3 (2022)

DOI: 10.31857/S2686740022050066

Копьев В.Ф., Чернышев С.А. «О разделении акустических и гидродинамических переменных в модели звуковых источников турбулентной струи» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 4-15 (2022)

Исследуется механизм генерации шума в турбулентной струе на основе метода акустической аналогии. Целью работы является разработка модели звукового источника, в которой отсутствует так называемая сдвиговая компонента шума. Это условие было сформулировано ранее в результате анализа мультимикрофонных акустических измерений струи, которые показали, что акустические аналогии, учитывающие сдвиговый шум, расходятся с данными эксперимента. Предложенная в настоящей работе модель основана на разделении акустических и гидродинамических переменных и использовании оператора распространения, в котором не содержатся гидродинамические степени свободы. Такой подход позволяет естественным образом исключить сдвиговую компоненту в звуковом излучении и добиться хорошего соответствия данным акустических измерений. Моделирование звукового источника проводится в рамках предположений о квадрупольности и изотропности пульсаций, ответственных за звуковое излучение. Проводится сравнение результатов моделирования с экспериментальными данными по направленности основных азимутальных гармоник звукового излучения струи со скоростью 120 м/c. Полученные результаты дают важный вклад в понимание природы излучающей звук турбулентности в сдвиговых потоках.

Бычков О.П., Зайцев М.Ю., Копьев В.Ф., Фараносов Г.А., Чернышев С.А. «О двух подходах к моделированию шума низкоскоростных дозвуковых струй» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 16-25 (2022)

Представлено подробное исследование структуры звукового поля дозвуковой турбулентной струи. Для анализа используются экспериментальные данные, полученные методом азимутальной декомпозиции, и численные данные, полученные методом моделирования крупных вихрей. Проводится сравнение двух подходов к моделированию источников шума: модели “мелкомасштабной” турбулентности и модели волн неустойчивости. Показано, что модель “мелкомасштабной” турбулентности позволяет воспроизвести нетривиальные характеристики направленности излучения азимутальных мод в широком диапазоне параметров и, по-видимому, является более адекватной реальной физике процессов генерации шума в дозвуковых струях.

Зыбин К.П., Ильин А.С., Копьев А.В., Сирота В.А. «О вырождении нелинейности в турбулентной системе» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 26-30 (2022)

Рассмотрена динамика статистически однородного и изотропного магнитного поля, генерируемого несжимаемым турбулентным плазменным потоком с большим, но конечным, магнитным числом Прандтля. Оказывается, что в масштабах меньших, чем вязкий масштаб Колмогорова, нелинейное обратное воздействие магнитного поля на динамику жидкости экспоненциально затухает, несмотря на экспоненциально быстрый рост магнитного поля. Показано, что анизотропия диффузии в космической плазме приводит к дополнительному усилению эффекта затухания обратного воздействия. Также показано, что вырождение обратного воздействия приводит к энергетическому парадоксу, который разрешается на более поздней стадии развития начальных возмущений при приближении пространственного масштаба магнитных флуктуаций к колмогоровскому. Обсуждается возможность вырождения нелинейности в более сложных системах: нечто подобное может иметь место в гидродинамической турбулентности, давая возможность найти ключ к ее теоретическому анализу.

Юдин М.А., Копьев В.Ф., Чернышев С.А., Фараносов Г.А. «О вкладе волн неустойчивости в перемежаемость пульсаций скорости турбулентной струи» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 31-38 (2022)

Исследуется статистика пульсаций поля давления и скорости в дозвуковой турбулентной струе. Анализируются данные, полученные ранее в численном расчете методом LES для круглой струи с числом Маха M=0.8 и числом Рейнольдса Re ∼750 000. Рассматриваются пульсации как в потенциальном ядре струи, так и в слое смешения. Для исследования статистики и выявления перемежаемости (свойства статистики отличаться от нормальной) используются функция плотности вероятности и значение эксцесса (отношения четвертого момента к квадрату второго). Показано, что в отличие от однородной изотропной турбулентности, где пульсации скорости имеют гауссовскую статистику, для турбулентной струи статистика поля скорости оказывается перемежаемой на границе потенциального ядра, и на внешней границе слоя смешения. Предложено объяснение этого различия, связанное с вкладом крупномасштабных колебаний среднего течения струи (волн неустойчивости). Также показано, что перемежаемость поля давления в области внешней границы турбулентной струи не может быть связана с крупномасштабными колебаниями, а является характеристикой мелкомасштабной турбулентности, также, как в случае однородной изотропной турбулентности.

Юдин М.А., Копьев В.Ф., Чернышев С.А. «Развитие начальных возмущений при обтекании незакрепленного цилиндра циркуляционным потоком жидкости с переменной завихренностью» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 39-46 (2022)

Рассмотрена двумерная система, имеющая вид незакрепленного кругового цилиндра, помещенного в циркуляционный поток невязкой несжимаемой жидкости с переменной завихренностью. Работа посвящена изучению процессов, происходящих в критических слоях вихревых течений (область, в которой фазовая скорость возмущений совпадает со скоростью среднего течения) на примере задачи, имеющей точное аналитическое решение. Ранее для такой системы была рассмотрена и описана дискретная часть спектра, т.е. были получены отдельные собственные колебания и показано, что в определенном диапазоне параметров система обладает сдвиговой неустойчивостью. В настоящей работе рассмотрены особенности динамики системы, связанные с непрерывным спектром. С этой целью решена начальная задача и проведен анализ процесса нарастания больших возмущений завихренности в окрестности критического слоя из состояния с гладкими начальными условиями.

Беляев И.В., Горбовской В.С., Кажан А.В., Фараносов Г.А. «Снижение шума высокоскоростной струи двигателя сверхзвукового гражданского самолета по результатам акустических испытаний модели плоского сопла в заглушенной камере АК-2 ЦАГИ» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 47-56 (2022)

Шум струи, как ожидается, будет важным источником шума перспективного сверхзвукового гражданского самолета (СГС) на режимах взлета и набора высоты, так что разработка методов снижения шума струи СГС является необходимым условием обеспечения СГС норм по шуму на местности. В рамках исследований по снижению шума струи СГС были проведены акустические испытания маломасштабной модели плоского сопла типа “миксер-эжектор” с системой шумоглушения на режимах работы, соответствующих взлету и набору высоты, включая наличие спутного потока. Были получены спектральные характеристики и диаграммы направленности шума в дальнем поле для широкого диапазона азимутальных и полярных углов. Результаты проведенных измерений сравнивались с двумя базовыми вариантами: 1) одно круглое сопло с тем же перепадом давления и той же тягой, что и плоское сопло, 2) два одинаковых круглых сопла, с тем же перепадом давления и той же суммарной тягой, что и плоское сопло. Для эквивалентных струй, соответствующих этим двум базовым вариантам, на основе полуэмпирической методики ЦАГИ расчета шума струй был определен шум в дальнем поле. Сравнение с экспериментальными данными плоского сопла показало, что имеются диапазоны углов наблюдения и частот, где наблюдается снижение шума за счет применения плоского сопла по сравнению с эквивалентными круглыми струями, и диапазоны, где плоское сопло оказывается шумнее. Проведенный пересчет спектров на натурные масштабы и оценка шума СГС в метрике EPNL показали, что применение данного плоского сопла может приводить к интегральному эффекту снижения шума на местности по сравнению с круглыми соплами.

Бычков О.П., Фараносов Г.А. «Исследование влияния угла установки крыла на характеристики рассеяния ближнего гидродинамического поля турбулентной струи» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 57-67 (2022)

Приведены результаты теоретического и экспериментального исследования влияния угла установки крыла на дальнее акустическое поле, связанное с рассеянием гидродинамических возмущений ближнего поля турбулентной дозвуковой струи на его задней кромке. Для модели, в которой рассеивающая поверхность моделируется полуплоскостью, с помощью метода Винера–Хопфа получена аналитическая зависимость основных характеристик поля рассеяния от угла установки рассеивающей поверхности. В заглушенной камере АК-2 ЦАГИ проведено экспериментальное исследование звукового поля конфигурации “сопло–пластина” при помощи подвижной азимутальной решетки микрофонов и показано хорошее соответствие теоретической модели данным измерений.

Копьев В.Ф., Зайцев М.Ю., Величко С.А., Долотовский А.В., Шевяков В.И. «Об определении аэродинамического шума основных элементов натурного самолета с использованием многомикрофонной антенны и алгоритмов бимформинга» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 68-81 (2022)

Представлены результаты акустического летного эксперимента по локализации и ранжированию источников аэродинамического шума натурного самолета с использованием 108-микрофонной антенны. В результате проведенных исследований получены уникальные данные о пространственном положении основных источников шума натурного самолета и их частотном составе, а также проведен сравнительный анализ относительного вклада каждого из источников в суммарный шум самолета для различных режимов полета. Представленные результаты будут использованы при разработке малошумных конфигураций отечественных пассажирских самолетов для обеспечения конкурентоспособных уровней шума на местности, удовлетворяющих современным и перспективным нормам ИКАО.

Беляев И.В., Копьев В.Ф., Зайцев М.Ю., Остриков Н.Н. «Испытания маломасштабного шасси регионального самолета в заглушенной камере АК-2 цаги и сравнение с результатами летного эксперимента» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 82-89 (2022)

В связи с успехами в области снижения шума двигателя, шум планера стал одним из основных источников шума современных самолетов при заходе на посадку. Шасси является важным источником шума планера, и его снижение необходимо для дальнейшего снижения общего шума самолета и удовлетворения действующим и перспективным нормам по шуму на местности. Задача моделирования и снижения аэродинамического шума при обтекании потоком такого сложного объекта, как шасси современного самолета, состоящего из большого числа элементов разных форм и размеров, крайне сложна. В России экспериментальные исследования шума шасси можно проводить либо на маломасштабных моделях (в частности, в заглушенной камере АК-2 ЦАГИ), либо в натурном эксперименте с помощью метода локализации источников шума (так называемого бимформинга). Таким образом, представляет интерес сравнение измерений шума маломасштабных моделей шасси самолета и результатов летных испытаний, в которых с помощью метода бимформинга измеряется шум шасси. В данной работе впервые в отечественной практике проведено такое сравнение применительно к шуму шасси регионального самолета и предложен метод пересчета результатов испытаний маломасштабных моделей шасси на натурные масштабы.

Копьев В.Ф., Остриков Н.Н., Денисов С.Л., Яковец М.А., Ипатов М.С. «Сравнительное исследование методов извлечения импеданса на различных установках типа "интерферометр с потоком", выполненное по результатам анализа экспериментальных данных, полученных в рамках проекта IFAR» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 90-103 (2022)

Обсуждаются результаты сравнительных исследований различных методов извлечения импеданса звукопоглощающих конструкций по результатам измерений на различных установках типа “Интерферометр с потоком”. В качестве исследуемых образцов звукопоглощающих конструкций использовались классические однослойные звукопоглощающие конструкции. Извлечение импеданса проводилось как при отсутствии, так и при наличии спутного воздушного потока. Выявлена зависимость извлеченных значений импеданса от числа использовавшихся микрофонов и их положения, как при наличии воздушного потока, так и при его отсутствии. Сравнение извлеченных значений импеданса, полученного на различных установках и различными методами при наличии воздушного потока, показало зависимость значений действительной и мнимой частей импеданса от метода извлечения и частоты.

Остриков Н.Н. «Асимптотический метод учета влияния пограничного слоя высокоскоростного потока на характеристики распространения звуковых мод в цилиндрическом канале с жесткими стенками» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 104-112 (2022)

Работа посвящена теоретическому исследованию особенностей распространения звука в цилиндрическом канале с жесткими стенками при наличии потока с тонким пограничным слоем. Получено равномерно пригодное асимптотическое решение уравнения Придмора–Брауна, описывающего распространение звуковых мод в рассмотренной модельной ситуации при условии малой толщины пограничного слоя. Показано, что пограничный слой может оказывать существенное влияние на осевые волновые числа распространяющихся звуковых мод, и этот эффект усиливается с ростом частоты. При этом для отдельных звуковых мод, находящихся вблизи условия отсечки, может иметь место эффект конечного порядка: звуковая мода, распространяющаяся в однородном потоке без затухания, может стать затухающей при наличии тонкого пограничного слоя.

Яковец М.А., Остриков Н.Н. «О распространении звука в кольцевом канале при наличии пилона» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 113-120 (2022)

Работа посвящена теоретическому исследованию особенностей распространения звука в облицованном подковообразном канале, моделирующем наружный канал авиадвигателя при наличии пилона. В результате исследования определены случаи, в которых допускается разделение переменных, т.е. возможно непосредственное аналитическое решение для собственных мод, получен вид волноводных мод. Найдены характеристические уравнения данного канала, которым удовлетворяют собственные значения, являющиеся азимутальными и радиальными волновыми числами. Проведено исследование осевых волновых чисел, характеризующих эффективность облицовки, при разных значениях импеданса при наличии и отсутствии звукопоглощающих конструкций на пилоне. Расчетная оценка показала, что облицовка пилона может привести к повышению уровня шумоглушения на 2 дБ.

Демьянов М.А. «Метод генерации линейного оператора в обратной задаче идентификации аэроакустических источников» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 121-127 (2022)

Рассмотрена задача нахождения амплитуд акустических источников по данным синхронных многомикрофонных измерений акустического поля. Предложен метод, основанный на построении линейного оператора, переводящего Фурье-образы сигналов с микрофонов в амплитуды источников. Метод верифицирован на тестовых примерах локализации монопольных и дипольных источников, произведено сравнение акустических карт локализации, полученных разработанным методом и стандартным алгоритмом бимформинг. Исследованы возможности дальнейшего развития разработанной методологии.

Зверев А.Я., Черных В.В. «Исследования перспективных средств снижения вибраций самолетных конструкций при их акустическом возбуждении» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 506, № 1, с. 128-136 (2022)

В реверберационных камерах и на натурном стенде проведены испытания по определению вибрационных характеристик типовой фюзеляжной панели регионального самолета, а также конструкций борта, закрылка и крыла реального самолета с различным вибродемпфирующим набором. В условиях акустического возбуждения модельной панели и реальных самолетных конструкций определена эффективность следующих средств снижения вибраций: изменение граничных условий и жесткости шпангоутов; облицовка конструкции односторонними вибродемпфирующими сэндвичами и листовыми вибропоглощающими материалами ВТП-1В, СКЛГ-6020М; применение имитаторов стрингеров и шпангоутов, в том числе в комплекте с двусторонними вибродемпфирующими сэндвичами. Показано, что, применяя комбинацию различных методов, можно добиться существенного снижения вибраций конструкции в широком диапазоне частот. На низких частотах эффективным средством является преобразование длинноволновых форм колебаний шпангоута в более коротковолновые. В области средних частот эффективно снижают вибрации конструкции односторонние сэндвичи, а также имитаторы стрингеров совместно с двусторонними сэндвичами. В области высоких частот наиболее эффективна облицовка конструкции листовыми вибропоглощающими покрытиями.