Алешин Б.С., Хомич В.Ю., Чернышев С.Л. «Направления развития плазменной аэродинамики» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 508, № 1, с. 3-8 (2023)

Предлагаются наиболее перспективные направления исследований в области плазменной аэродинамики. На основе представленных экспериментальных данных, полученных в последнее время, рассматриваются возможности использования объемного силового воздействия на течение газа в аэродинамических приложениях, реализуемого с помощью приповерхностных электрических разрядов. Одним из таких приложений является увеличение протяженности ламинарного участка пограничного слоя на стреловидном крыле с целью уменьшения аэродинамического сопротивления летательного аппарата в крейсерском режиме полета. Второе направление связано с управлением трехмерным отрывом пограничного слоя на элементах механизации стреловидного крыла на режимах взлета и посадки. И третье направление – уменьшение поверхностного трения в турбулентном пограничном слое, который реализуется на большей части поверхности современных около- и сверхзвуковых летательных аппаратов. Предлагаемые исследования имеют не только прикладное, но и фундаментальное значение ввиду физической сложности изучаемых явлений.

Бородина Ю.Н., Губанова И.А., Курилов В.Б., Слитинская А.Ю., Цыганов А.П. «Исследования по определению оптимальных положений элементов адаптивной механизации задней кромки крыла пассажирского самолета» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 38-39 (2022)

В последние несколько десятилетий наблюдается устойчивая тенденция по упрощению взлетно-посадочной механизации пассажирских самолетов. Использование сложной многозвенной взлетно-посадочной механизации существенно утяжеляет и удорожает самолет и снижает его конкурентные преимущества. В последнее время для перспективных самолетов рассматривается адаптивная механизация задней кромки крыла. Применение адаптивной механизации позволяет существенно упростить механизм выдвижения, сводя его к повороту относительно неподвижной оси или оси с небольшим смещением. Однако для оптимизации такого положения приходится использовать дополнительный элемент в виде отклоняемого вниз интерцептора. В настоящей работе представлен цикл исследований по определению оптимального сочетанию углов отклонения закрылка и отклоняемого интерцептора. Экспериментальные исследования проводились на большеразмерной модели механизированного крыла перспективных ЛА ТМК-1. По результатам исследований получены оптимальные сочетания углов отклонения интерцептора и положений закрылка. Результаты исследований могут быть использованы при проектировании взлетно-посадочной механизации нового поколения перспективных пассажирских самолетов.

Вигдорович И.И., Агеев А.И., Манаенкова Т.А. «Законы подобия для скорости и температуры в сверхзвуковом турбулентном пограничном слое» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 63-64 (2022)

Цель настоящей работы – объяснить причину рассогласования формулы Ван Дриста с результатами измерений и вывести новые законы подобия для скорости и температуры, которые являются точными асимптотическими решениями уравнений Рейнольдса для сжимаемого газа. Уравнения Рейнольдса решаются методом сращиваемых асимптотических разложений для различных характерных областей течения, в число которых входят: вязкий подcлой, логарифмический подслой и внешняя область пограничного слоя. Малый параметр теории – число Маха, вычисленное по динамической скорости и энтальпии газа на стенке. Рассматриваются все возможные случаи теплопередачи на обтекаемой поверхности – охлаждаемая, теплоизолированная и нагреваемая стенка

Гончаров Д.А., Пожалостин А.А. «Динамические модели посадки возвращаемых модулей ракет-носителей» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 76 (2022)

Задача о возвращаемых модулях ракет-носителей имеет длительную историю. Поначалу, рассматривались различные варианты неуправляемой посадки, в основном с применением парашютных схем (Space Shuttle, возвращаемые боковые блоки РН «Энергия»). Однако, такой вариант, даже в случае посадки на воду или применения тормозных твердотопливных двигателей, если речь идет не об усиленных капсулах спускаемых аппаратов, может приводить к существенным деформациям тонкостенных конструкций отработанных ступеней ракет-носителей. Собственно, именно такие результаты и были получены при анализе отработанных твердотопливных ускорителей многоразовой транспортной системы Space Shuttle, устойчивого многократного применения этих ускорителей достичь не удалось. В этой связи естественным образом возникает задача об управляемой посадке отработанных ступеней ракет-носителей, и, как мы видим, в этой части в последние годы наблюдается значительный прогресс. Можно так же прогнозировать развитие этой технологии и создание посадочных модулей для пилотируемых полетов на поверхности небесных тел солнечной системы. Вместе с тем, если речь идет об управляемой посадке отработанной ступени или многоразового транспортного космического корабля, нельзя не отметить ряд специфических задач, возникающих при рассмотрении этой проблемы. Прежде всего, стоит отметить задачу об устойчивости аппарата, заполненного жидким топливом при совершении посадки. Возникает задача об устойчивости аппарата при действии ударных нагрузок, распределенных по рабочей поверхности посадочного устройства. Существует проблема устойчивости управляемого полета при посадке, а кроме того, определения инерционных характеристик аппарата с жидким топливом на пассивном участке траектории. В рамках настоящего доклада рассматривается постановка ряда указанных задач и некоторые решения.

Дмитренко А.В., Колосова М.А., Колпаков М.И., Закутнов С.А., Бойченко Д.А. «Теплообмен при кризисе кипения в турбулентных течениях на основе стохастической теории турбулентности» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 95-97 (2022)

Представлены зависимости при кризисе кипения в турбулентных потоках на базе стохастической теории теплообмена. Моделирование учитывает влияния интенсивности турбулентности при кризисе кипения.

Марчевский И.К., Сокол К.С., Измайлова Ю.А. «Схема моделирования обтекания профиля с острыми кромками и угловыми точками в вихревых методах» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 173-176 (2022)

В работах Н.Е. Жуковского показана вихревая природа возникновения подъемной силы крыла; при этом из условия (Чаплыгина–Жуковского) плавного обтекания кромки удается определить циркуляцию поля скоростей при стационарном обтекании профиля несжимаемой жидкостью. Эти принципы легли в основу первых численных методов аэрогидродинамики – ими явились т.н. вихревые методы. Основные черты «первого поколения» вихревых методов оформились в работах В. Прагера и Л. Розенхеда; их существенное развитие последовало с появлением ЭВМ; результатом работ научной школы С.М. Белоцерковского стало семейство методов дискретных вихрей (МДВ). В них именно с кромок и угловых точек профилей моделировался сход вихревых пелен (в рамках модели идеальной несжимаемой среды – тонких поверхностей разрыва касательной скорости). Это позволило с достаточной для того времени точностью решить актуальные задачи, прежде всего по определению аэрогидродинамических характеристик профилей и систем профилей. Дальнейшее интенсивное развитие вихревых методов связано с учетом вязкости среды. Это дало возможность отказаться от гипотезы Жуковского–Чаплыгина и сильно упрощенной модели присоединенного вихревого слоя и моделировать генерацию завихренности вблизи всей поверхности профиля с последующим расчетом ее эволюции в области течения. Это, помимо прочего, открыло путь к моделированию обтекания гладких профилей. В данной работе предложен новый вариант разработанной на основе метода Галеркина расчетной схемы, позволяющий повысить точность моделирования обтекания кромок и угловых точек. Воспроизводить в расчете неограниченные (в окрестности таких точек) решения для интенсивности вихревого слоя и соответствующие им поля скоростей. Представленная в работе схема обеспечивает по обоим параметрам второй порядок точности и может быть легко реализуема.

Могилевский Е.И., Оганесян Л.Р. «Полигональные гидравлические прыжки как результат развития гофрировочной неустойчивости» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 183-185 (2022)

Если круглая струя вязкой жидкости падает на горизонтальную плоскость, вблизи места падения жидкость растекается тонким слоем, а на некотором расстоянии от него образуется участок, где толщина слоя резкого изменяется – имеет место гидравлический прыжок. Как правило, при умеренных числах Рейнольдса падающей струи имеет место стационарное осесимметричное течение и прыжок является круговым. Вместе с тем, в экспериментальных работах показано, что при определенных условиях наблюдаются сложные структуры, прыжок имеет форму звездчатого многоугольника со скругленными концами; мы будем называть такие прыжки полигональными. Измерения показывают, что переход от кругового прыжка к полигональным происходит при достаточно большом вкладе капиллярных сил, а также в том случае, когда перепад толщин велик. Описанные в литературе модели полигональных прыжков предполагают, что число вершин прыжка задается граничными условиями, что принципиально отличается от постановки задачи, соответствующей эксперименту. В настоящей работе предлагается модель, позволяющая определить наиболее вероятное число вершин полигональных прыжков, а также критерии их образования. Используется аналогия между течениями мелкой воды и газовой динамикой и исследуется механизм, аналогичный гофрировочной неустойчивости ударных волн

Сысоева Е.Я., Чашечкин Ю.Д. «Тонкая структура и симметрии стратифицированного течения за горизонтально движущейся сферой» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 239-242 (2022)

Яцких А.А., Афанасьев Л.В., Кочарин В.Л., Семенов Н.В., Косинов А.Д. «Экспериментальное исследование формирования возмущений в сверхзвуковом пограничном слое пластины от двух импульсных источников» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 312-315 (2022)

Ламинарно-турбулентный переход пограничного слоя является сложным комплексным явлением для теоретического описания и экспериментального изучения. Турбулизация течения в пограничном слое происходит благодаря возникновению и эволюции возмущений различного типа, их роста и взаимодействия друг с другом. Сложность развития возмущений в пограничном слое затрудняет создание методов предсказания и теоретического описания ламинарно-турбулентного перехода. Для понимания и описания процесса эволюции возмущений в пограничном слое необходимы подробные экспериментальные исследования

Чувахов П.В. «Турбулизация сверхзвукового пограничного слоя на прямом крыле из-за акустического шума» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 509, № 1, с. 63-66 (2023)

Представлены результаты прямого численного моделирования процесса восприимчивости сверхзвукового пограничного слоя над прямым крылом с тонким параболическим профилем к акустическому шуму различной интенсивности. Продемонстрировано, что акустический шум способен вызывать ламинарно-турбулентный переход на прямом крыле сверхзвукового пассажирского самолета.

Леонтьев А.И., Лущик В.Г., Макарова М.С. «Турбулентный пограничный слой на проницаемой пластине в сверхзвуковом потоке с положительным градиентом давления при вдуве инородного газа» Доклады Российской академии наук. Физика, технические науки, 510, № 1, с. 64-69 (2023)

Проведено численное моделирование турбулентного пограничного слоя на проницаемой пластине при вдуве гелия в сверхзвуковой поток ксенона при наличии положительного продольного градиента давления. Рассмотрены режимы вдува, при которых температура вдуваемого газа ниже температуры адиабатной непроницаемой стенки и температуры торможения набегающего потока. Подтверждено существование минимума температуры проницаемой стенки, при котором температура стенки ниже температуры вдуваемого газа, при этом существуют два сечения по длине проницаемой пластины, в которых выполняются условия адиабатности. Результаты расчетов сверхзвукового течения с продольным градиентом давления существенно отличаются от результатов, полученных для безградиентного обтекания пластины, как для докритического, так и для критического вдува.

Липанов А.М., Шумихин А.А., Королева М.Р., Карпов А.И. «Численное моделирование внутрикамерных нестационарных турбулентных течений. Часть 2» Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Математическое моделирование и программирование, 16, № 1, с. 35-46 (2023)

Течение потока газа в твердотопливном ракетном двигателе определяется особенностями физико-химических процессов, протекающих в камере сгорания, и процесса истечения газа из сопла. Авторами предложена методика моделирования внутренних нестационарных турбулентных течений в ракетном двигателе с зарядом твердого топлива телескопического типа. Алгоритм разработан на основе системы уравнений сохранения гидромеханических параметров, описывающих поток сжимаемого вязкого газа. Система уравнений была записана с использованием цилиндрической системы координат. Представленная численная методика относится к классу алгоритмов, использующих подход Годунова. Основой разработанного алгоритма является схема расщепления векторов потоков, модифицированная для вязких течений. Предложенный алгоритм позволяет производить сквозной расчет течения продуктов сгорания твердого топлива по всему тракту ракетного двигателя. Результаты, полученные в ходе численного моделирования потока в ракетном двигателе, позволяют сделать анализ зависимости температуры газа на стенке двигателя от скорости горения низкотемпературной внешней шашки телескопического заряда.

Папков С.О., Папкова Ю.И., Пасечник В.А. «Метод спектральной динамической жесткости в задачах флаттера составных пластин» Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика, № 1, с. 75-89 (2023)

Метод спектральной динамической жесткости активно развивается как альтернатива методу конечных элементов для исследования задач колебания и устойчивости составных конструкций из балок, стержней, пластин и оболочек. Данный подход, основанный на точных решениях разрешающих дифференциальных уравнений, позволяет более эффективно исследовать задачу в среднем и высоком диапазоне частот, дает аналитические выражения для собственных форм колебаний. Предлагается использовать преимущества данного метода для исследования проблемы динамической устойчивости и флаттера ортотропной составной пластины в сверхзвуковом потоке газа. Используя приближение поршневой теории, решение краевой задачи ищется согласно методу Галеркина по базису из собственных форм составной пластины в вакууме, которые, в свою очередь, строятся на основе метода спектральной динамической жесткости. Следуя данному под- ходу, краевая задача сводится к однородной бесконечной системе линейных алгебраических уравнений, коэффициенты которой зависят от физико-механических и геометрических параметров. Частотный параметр задачи входит в систему линейно, что при редукции бесконечной системы позволяет свести ее исследование к проблеме определения собственных чисел и векторов. Численно исследована сходимость метода Галеркина в зависимости от количества базисных функций. Показано, что удержание в расчетах первых 16 собственных форм в качестве базисных функций оказывается достаточным для обеспечения сходимости метода. Приведены примеры численной реализации, на основе полученного решения проводились исследования зависимости критической скорости потери устойчивости от свойств материала составной пластины и ее геометрии.

Архипов В.А., Басалаев С.А., Костюшин К.В., Перфильева К.Г., Усанина А.С. «Экспериментально-теоретическое исследование обтекания сферы с учетом вдува газа с ее поверхности» Вестник Томского государственного университета. Математика и механика, № 81, с. 57-72 (2023)

Представлены новые экспериментально-теоретические данные по исследованию обтекания твердой сферы в условиях истечения потока массы с ее поверхности. Предложен новый способ определения коэффициента аэродинамического сопротивления твердой сферы при истечении потока воздуха с ее поверхности, включающий измерение аэродинамической силы, действующей на обдуваемую равномерным газовым потоком полую сферу с пористой оболочкой, при подаче во внутреннюю полость сферы сжатого газа под давлением. Ключевые слова: твердая сфера, обтекание сферы, вдув газа, коэффициент сопротивления, экспериментальное исследование, численное моделирование

Колесник Е.В., Смирнов Е.М. «Двойственность картины обтекания затупленного ребра сверхзвуковым потоком вязкого газа: влияние малого скоса передней кромки» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 3-11 (2023)

Представлены результаты численного решения задачи сверхзвукового обтекания симметричного затупленного ребра, установленного на пластине, вдоль которой развивается пограничный слой. Исходная постановка задачи основана на расчетно-экспериментальной работе Tutty и соавт. (2013), в которой изучался ламинарный режим обтекания перпендикулярного к пластине ребра при числе Маха внешнего потока, равном 6.7. Ранее авторами было показано (2020), что для данных условий существуют два устойчивых решения задачи, которые отвечают метастабильным состояниям потока с различной конфигурацией вихревой структуры и картиной локального теплообмена. В настоящей работе исследовано влияние малой скошенности передней кромки на вихревую структуру потока в отрывной области, локальный теплообмен, и на возможность получения двойственного решения. Построены бифуркационные диаграммы, определяющие для двух решений положение центра основного подковообразного вихря в плоскости симметрии и протяженность отрывной области в зависимости от угла скоса.

Крайко А.Н., Шаповалов В.А. «Несущие профили, близкие к обтекаемым с наибольшими критическими числами Маха» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 1, с. 127-134 (2023)

Прямым методом построения двумерных оптимальных по критическим числам Маха M* тел построены близкие к оптимальным по M* несущие профили. Их практически нулевые коэффициенты волнового сопротивления c_x остаются таковыми не только при числах Маха набегающего потока M0 меньших M*, но и при M0 заметно превышающих M*. Этим новые несущие профили отличаются от суперкритических несущих профилей, c_x которых стремительно растут при превышении расчетных значений M₀. При равных толщинах и M₀=M* суперкритические профили реализуют большие коэффициенты подъемной силы c_y. Однако из-за отмеченного выше отличия в поведении c_x при M₀, больших расчетных, качество суперкритических профилей может стать ниже даже как отношение c_y не к c_x, а к коэффициенту полного сопротивления.

Суржиков С.Т. «Неравновесное сверхзвуковое обтекание затупленной пластины под большим углом атаки» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 123-137 (2023)

Сформулирована компьютерная модель, предназначенная для изучения процессов неравновесной физико-химической газовой динамики при обтекании затупленной пластины конечных размеров сверхзвуковым потоком разреженного воздуха для условий лабораторных экспериментов. Компьютерная модель основана на двухмерных уравнениях Навье–Стокса, сохранения энергии поступательных степеней свободы атомов и молекул, колебательных степеней свободы двухатомных молекул, уравнений химической кинетики и диффузии отдельных компонент частично ионизованного газового потока. Дан анализ основных газодинамических и кинетических процессов при обтекании затупленной пластины при числах Маха M=10 и 20. Показано образование областей термической неравновесности.

Косинов А.Д., Кочарин В.Л., Ливерко А.В., Семенов А.Н., Семенов Н.В., Смородский Б.В., Толкачев С.Н., Яцких А.А. «Влияние малых углов атаки на возникновение турбулентности в сверхзвуковых пограничных слоях на стреловидных крыльях» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 59-68 (2023)

Представлены новые (при числах Маха М=3 и 3.5) и обобщающие (для чисел Маха от 2 до 4) результаты экспериментальных исследований по влиянию малых углов атаки на ламинарнотурбулентный переход в сверхзвуковом пограничном слое стреловидного крыла с углом скольжения передней кромки 72°. Изменение угла атаки имело сильное влияние на числа Рейнольдса перехода. Получено уменьшение числа Рейнольдса перехода с ростом числа Маха. Измерения проводились термоанемометром постоянного сопротивления по отработанной процедуре для определения положения перехода. Впервые использован метод e^N для численной оценки чисел Рейнольдса перехода в сверхзвуковом пограничном слое стреловидного крыла с углом скольжения передней кромки 72°. Расчеты нарастания амплитуд стационарных и нестационарных мод поперечного течения в пограничном слое проводились по линейной теории устойчивости в рамках полной системы уравнений Лиза–Линя. Численные результаты говорят о том, что, по условиям экспериментов, ламинарно-турбулентный переход в пограничном слое на модели стреловидного крыла определяется нарастанием стационарных мод неустойчивости поперечного течения.

Новиков А.В., Образ А.О., Тимохин Д.А. «Влияние выдува и отсоса газа на неустойчивость сверхзвукового пограничного слоя» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 69-76 (2023)

Представлены результаты исследования устойчивости пограничного слоя на плоской пластине с участком выдува/отсоса газа через стенку по нормали к поверхности при большом сверхзвуковом числе Маха набегающего потока. Численное моделирование ламинарного обтекания пластины с участком распределенного выдува/отсоса фиксированной интенсивности производится с помощью интегрирования уравнений Навье–Стокса. Неустойчивые возмущения в искаженном выдувом/отсосом пограничном слое анализируются в рамках линейной теории устойчивости и метода e^N для течений сжимаемого газа. Рассмотрены высокочастотные возмущения, относящиеся к плоской второй моде пограничного слоя, наиболее неустойчивые при высоких скоростях. Показано, что выдув/отсос газа приводит к немонотонному изменению инкрементов роста возмущений с появлением областей стабилизации/дестабилизации по сравнению со случаем без выдува/отсоса.

Зотикова П.В., Кучеров Н.А., Лепешинский И.А., Решетников В.А. «О решении обратной задачи расчета форсунки с газожидкостным двухфазным потоком» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 77-82 (2023)

Рассматривается возможность решения обратной задачи расчета газожидкостной струйной форсунки с пузырьковой структурой двухфазного потока. Находятся параметры, определяющие работу форсунки (перепад давления, диаметр отверстия и концентрация воздуха), для заданного значения среднего диаметра Заутера. Для этого было проведено экспериментальное исследование работы смесителя с двухфазным рабочим телом с форсунками различного диаметра на пузырьковом режиме работы с водо-воздушным рабочим телом. В процессе эксперимента измерялись параметры подводимых к смесителю фаз (расходы, давления и температуры), а также давление перед форсунками. Дисперсные и скоростные характеристики в факеле распыла измерялись лазерным теневым методом. На основе собранной статистики была получена искомая корреляционная зависимость, позволившая решать данную задачу.

Луцкий А.Е., Северин А.В. «Численное исследование влияния пористых элементов крыла на свойства сверхзвуковых концевых вихрей» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 3, с. 94-102 (2023)

Исследовано влияние пористой законцовки крыла на формирование концевого вихря и его свойства при сверхзвуковом обтекании. Установлено, что пористая законцовка существенно влияет на структуру и параметры вихря, уменьшает его интенсивность.

Игумнов Л.А., Говоров А.А., Мартиросов М.И. «Изучение взаимодействия лопаточного венца с набегающим дозвуковым потоком при возникновении флаттера» Вестник Нижегородского университета им. Н.И. Лобачевского, № 1, с. 11-18 (2013)

Исследовано взаимодействие элементов лопаточных машин, находящихся в потоке газа, с учетом механических связей. На примере двумерной математической модели однородного лопаточного венца. Показан вклад аэродинамических сил в развитие автоколебательных процессов. Основные выкладки применены к конкретному объекту, с параметрами которого по ходу изложения приводятся расчеты и графики.

Астахов С.А., Бирюков В.И., Тимушев С.Ф., Катаев А.В. «Моделирование аэродинамического взаимодействия при трековых испытаниях изделий авиационной техники» Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника, № 72, с. 5-20 (2022)

Наземные трековые испытания современных летательных аппаратов баллистического типа позволяют моделировать аэродинамические силовые нагрузки в условиях максимальной плотности среды и при этом имеют существенно меньшую стоимость по сравнению с летными испытаниями. При трековых испытаниях изделий со сверхзвуковыми скоростями возникают интенсивные вибрации элементов конструкции подвижного трекового снаряжения и испытуемого летательного аппарата. В статье рассматриваются процессы обтекания воздушным потоком рельсовой установки, движущейся с большим ускорением. Применены базовые модели, которые описывают движение однородной среды при различных скоростях с учетом эффектов сжимаемости, турбулентности и теплопереноса. В зависимости от условий используются различные модели турбулентности потока. Разработан алгоритм численной реализации на прямоугольной сетке с локальной адаптацией и подсеточным разрешением сложной геометрии. Методология численного решения уравнений динамики, описывающих обтекание криволинейной поверхности сжимаемым газом, основана на интегрировании движения жидкости и переноса скалярных величин в частных производных по объемам расчетных ячеек-многогранников. С использованием программного комплекса Flow Vision выполнено моделирование обтекания сверхзвуковым воздушным потоком изделий различной формы применительно к трековым испытаниям. Это позволило определить ранее неизвестные зависимости коэффициентов аэродинамического сопротивления, подъемной силы и боковой силы от скорости движения, а также моменты аэродинамических сил для оценок вклада процессов обтекания воздушным потоком в общее вибрационное поле, воздействующее на трековую каретку с изделием. Ключевые слова: рельсовый трек, ракетная каретка, численное моделирование, сверхзвуковой поток, турбулентность, алгоритмы адаптации сеток.

Астахов С.А., Бирюков В.И., Катаев А.В. «Методика определения характеристик вибропрочности конструкции при высокоскоростных трековых испытаниях авиационной техники» Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника, № 72, с. 75-90 (2022)

Достижение предельных значений скорости летательными аппаратами баллистического типа является приоритетной, актуальной и новой технической задачей для настоящего времени. Трековые испытания подобных изделий являются одной из заключительных стадий, подтверждающих их практическую работоспособность и эффективность. Испытания изделий авиационной и ракетной техники на установке «Ракетный рельсовый трек 3500» Государственного казенного научно-испытательного полигона авиационных систем имени Л.К. Сафронова позволяют достаточно точно моделировать реальные условия, в которых они эксплуатируются. Экспериментальная установка включает в себя двухрельсовый путь, выполненный на специальном основании, исключающем недопустимый прогиб рельса марки Р65, с закреплением его через 0,5 м специальной конструкцией заделки. Рельсовый путь имеет участок разгона с углом атаки 0,2° длиной 2500 м и участок торможения. Объект испытания размещается на ракетной трековой каретке, таким образом, чтобы исключить воздействия на него скачков уплотнения, отраженных от элементов каретки и рельефа. На каретке устанавливаются ракетные двигатели твердого топлива, которые обеспечивают нужную тягу. Опоры скольжения ракетной каретки охватывают головку рельсов. Тяга стартовых ракетных двигателей обеспечивает необходимое ускорение для достижения максимальных значений требуемой скорости испытания. Трековые высокоскоростные испытания объектов спецтехники сопровождаются интенсивной вибрацией и ударными нагружениями конструкции. По мере увеличения скорости изделий свыше 600 м/с, как показали испытания, амплитуда упругих колебаний конструкции может достигать предельных допустимых из условий прочности значений. Экспериментальное и теоретическое изучение вибрационных и ударных воздействий на конструкцию трековой каретки с испытуемыми объектами в условиях существующего рельсового трека является актуальной для практики задачей. Ключевые слова: наземные испытания, рельсовый трек, ракетная каретка, вибрация, плотность спектра мощности, корреляция, передаточные функции.

Бычков О.П., Фараносов Г.А. «Валидация двухточечной модели шума взаимодействия струи и крыла для реалистичной конфигурации» Акустический журнал, 69, № 2, с. 146-154 (2023)

Для случая реалистичной маломасштабной конфигурации “двухконтурное сопло–механизированное крыло” проводится проверка разработанного ранее упрощенного полуэмпирического метода расчета низкочастотного шума взаимодействия струи и крыла самолета. В качестве входных данных для расчета шума используются результаты измерений амплитуды и конвективной скорости возмущений ближнего поля турбулентной струи вблизи задней кромки выпущенного закрылка, выполненных парой датчиков давления, установленных заподлицо с нижней поверхностью модели крыла. Показано, что результаты расчетной оценки спектральных характеристик и направленности шума взаимодействия хорошо согласуются с прямыми измерениями шума в дальнем поле как в статических условиях, так и при наличии спутного потока, имитирующего эффект полета. Ключевые слова: шум взаимодействия струи и крыла, волны неустойчивости, дифракция DOI: 10.31857/S032079192260055X, EDN: ITKVCH

Вишняков А.Н., Макашов С.Ю. «Метод оптимальной аналитической аппроксимации временных выборок в применении к анализу нестационарных периодических сигналов» Акустический журнал, 69, № 2, с. 155-164 (2023)

Разработан алгоритм определения частоты и амплитуды гармонических составляющих слабо нестационарного акустического сигнала, содержащего также случайный шум и дрейф постоянной составляющей. Алгоритм проверен на сигнале, моделирующем пролет летательного аппарата над точкой измерений. Для модельного источника, имитирующего винт БПЛА, на уникальной научной установке “Заглушенная камера с потоком АК-2” ФАУ ЦАГИ продемонстрирована возможность определения амплитуд гармоник винта при изменяющихся оборотах и в условиях шумовой помехи. Ключевые слова: нестационарный сигнал, дискретные составляющие, амплитуда, частота DOI: 10.31857/S0320791922600433, EDN: ISXSIE

Зайцев М.Ю., Копьев В.Ф., Величко С.А., Беляев И.В. «Локализация и ранжирование источников шума самолета в летных испытаниях и сравнение с акустическими измерениями крупномасштабной модели крыла» Акустический журнал, 69, № 2, с. 165-176 (2023)

Проведены измерения шума современного регионального самолета с помощью метода бимформинга при летных испытаниях в конфигурации захода на посадку с выпущенными шасси и отклоненными элементами механизации крыла (предкрылками и закрылками). Проведена локализация и выполнено ранжирование источников шума самолета при натурных числах Рейнольдса. Сравнение результатов летных испытаний с результатами акустических измерений шума обтекания для крупномасштабной модели крыла, полученных ранее в DNW-NWB, показало хорошее соответствие результатов измерений шума крупномасштабной модели, отмасштабированных на натурный размер, с результатами для шума обтекания крыла самолета в летных испытаниях. Ключевые слова: шум крыла, шум обтекания, бимформинг, локализация, масштабирование DOI: 10.31857/S0320791922600561, EDN: ITUPXJ

Копьев В.Ф., Бычков О.П., Копьев В.А., Фараносов Г.А., Моралев И.А., Казанский П.Н. «Активное управление шумом взаимодействия струи и крыла с помощью плазменных актуаторов в узкой полосе частот» Акустический журнал, 69, № 2, с. 177-190 (2023)

Для струи, расположенной вблизи крыла, рассеяние на его задней кромке волн неустойчивости, развивающихся в слое смешения струи, приводит к генерации значительного шума. В работе экспериментально исследована возможность снижения данного шума за счет активного подавления естественных волн неустойчивости. Активная система управления состоит из микрофонов ближнего поля, с которых снимается сигнал обратной связи, модуля фильтровой обработки сигнала и плазменного актуатора на основе высокочастотного диэлектрического барьерного разряда. Показано, что снижение возмущений давления в ближнем поле турбулентной струи, связанных с осесимметричными волнами неустойчивости, в узкой полосе частот приводит к соответствующему снижению шума в дальнем поле. Ключевые слова: турбулентная струя, шум взаимодействия струи и крыла, волны неустойчивости, активное управление DOI: 10.31857/S0320791922600524, EDN: ITIMBG

Копьев В.Ф., Ершов В.В., Храмцов И.В., Кустов О.Ю. «Повышение точности локализации дипольных источников звука с помощью плоских микрофонных антенн» Акустический журнал, 69, № 2, с. 191-206 (2023)

Разработан метод проведения настройки микрофонной решетки на оптимальное качество визуализации акустических диполей. Проведена генерация акустических диполей в экспериментальных условиях в заглушенной камере с помощью обтекания дозвуковым воздушным потоком тонкого металлического стержня и тонкой прямоугольной пластины. Для подтверждения работоспособности созданного подхода проведен сравнительный анализ карт визуализации, полученных с использованием разработанного подхода, с результатами, полученными с использованием решетки подобного класса, настроенной традиционным монопольным способом. Разработанный подход, адаптирующий решетку к дипольной модели излучения и основанный на модификации передаточных функций, учитывающих влияние направленности падения звуковых волн, демонстрирует повышение динамического диапазона решетки при использованном оптимальном размещении микрофонов. Ключевые слова: микрофонная антенна, плоский бимформинг, акустический диполь, локализация источников шума DOI: 10.31857/S0320791923600063, EDN: IUGYUM

Кузнецов С.В., Голубев А.Ю. «Влияние высоты выступа на пристеночные пульсации давления вблизи его боковой кромки в турбулентном пограничном слое» Акустический журнал, 69, № 2, с. 207-215 (2023)

Пристеночные пульсации давления в турбулентном течении являются источником шума и вибраций обтекаемых потоком упругих конструкций. В работе представлены результаты экспериментального исследования влияния высоты выступа на пространственно-временную структуру пристеночных пульсаций давления в окрестности его боковой кромки в турбулентном пограничном слое. Измерения проводились в дозвуковой малошумной аэродинамической трубе Московского комплекса ЦАГИ. Высота выступа варьировалась от 3% до 17% толщины набегающего пограничного слоя. Показано, что область наиболее интенсивных пульсаций давления локализована вблизи переднего бокового угла выступа. Установлено характерное число Струхаля, определяющее спектры

Пальчиковский В.В., Кузнецов А.А., Павлоградский В.В. «Оценка влияния переменности импеданса звукопоглощающей облицовки на шум вентилятора авиационного двигателя в расчете распространения звуковых мод в дальнее поле» Акустический журнал, 69, № 2, с. 230-241 (2023)

Исследовано влияние переменности импеданса звукопоглощающей конструкции (ЗПК) воздухозаборника на шум вентилятора авиационного двигателя в дальнем поле. Расчеты проводились в осесимметричной постановке для одиночных мод на основе решения методом конечных элементов уравнения Блохинцева для акустического потенциала. Импеданс ЗПК определялся по хорошо развитой полуэмпирической модели, учитывающей влияние высокого уровня звукового давления (УЗД) и скользящего потока. Разработана процедура расчета распространения одиночных звуковых мод через воздухозаборник авиационного двигателя, облицованный ЗПК с переменным импедансом, зависящим от скорости потока и УЗД в локальной точке ЗПК. Выполнена валидация расчетной процедуры. Проведены расчеты распространения одиночных мод в переднюю полусферу для воздухозаборника, на стенке которого задавались условия жесткой стенки, постоянного импеданса (импеданс не меняется по длине ЗПК) и переменного импеданса (импеданс изменяется по длине ЗПК в зависимости от изменений скорости скользящего потока и УЗД). По результатам расчетов установлено, что постоянный и переменный импеданс дают отличные друг от друга значения УЗД в дальнем поле, при этом учет переменности импеданса меняет не только значения УЗД в дальнем поле, но и направленность максимального излучения моды. Ключевые слова: авиационный двигатель, звукопоглощающая облицовка, переменный импеданс, акустические моды, численное моделирование, метод конечных элементов DOI: 10.31857/S0320791923600087, EDN: IUJLXT

Беляев И.В., Макашов С.Ю., Зайцев М.Ю., Юдин В.Г., Потапов А.В. «Наземные стендовые испытания плоского сопла с шумоглушением» Акустический журнал, 69, № 2, с. 242-248 (2023)

Важность шума струи для перспективного сверхзвукового гражданского самолета (СГС) на режимах взлета и набора высоты диктует необходимость разработки методов снижения шума струи и их последующей валидации в крупномасштабных и натурных испытаниях. В данной работе приводятся результаты первых в российской практике наземных акустических испытаний плоского сопла с системой шумоглушения, которое устанавливается на двигатель дозвукового самолета – демонстратора технологии. Было рассмотрено плоское косое сопло с эжектором и экранами – элементами планера СГС. Проведено сравнение результатов испытаний для трех вариантов геометрии сопла: круглого сопла, соответствующего измерениям для исходного двигателя без модификаций, плоского сопла без экранов и плоского сопла с экранами. Было получено, что при использовании плоского сопла без экранов имеется два противоположных эффекта: усиление шума по сравнению с круглым соплом для углов наблюдения, близких к оси струи, и ослабление шума при углах наблюдения, близких к плоскости вращения вентилятора. Установка экранов приводит к усилению шума на величину до 5 дБ в области низких частот менее 150 Гц и снижению шума на величину 2 дБ для частот 250 Гц и выше. Оценка шума на местности в метрике EPNL показала, что применение данного плоского сопла с системой шумоглушения приводит к эффекту снижения шума на местности по сравнению с исходным круглым соплом. Ключевые слова: аэроакустика, шум струи, плоское сопло, шум на местности, снижение шума DOI: 10.31857/S0320791923600075, EDN: IUHWXY

Зверев А.Я. «Сравнительный анализ акустических характеристик композитной и металлической панелей при звуковом и псевдозвуковом возбуждении» Акустический журнал, 69, № 2, с. 249-260 (2023)

Представлены результаты экспериментальных исследований по определению акустических и виброакустических характеристик панели из полимерного композиционного материала в сравнении с характеристиками подкрепленной металлической панели сопоставимой массы и относительной жесткости. Сравнительный анализ характеристик проведен для панелей без облицовки и облицованных вибропоглощающим материалом в случае их возбуждения звуковыми и псевдозвуковыми полями пульсаций давления. Ключевые слова: звукоизоляция, отражение, диссипация, композитная панель DOI: 10.31857/S0320791923600051, EDN: IUDXDA

Горелов С.Л., Нгуен В.Л. «Степенные тела минимального сопротивления в газовом потоке» Вестник Московского государственного областного университета. Серия: Физика–Математика, № 4, с. 17-34 (2022)

Цель. Для тела вращения со степенной образующей и сферическим, параболическим и гиперболическим затуплениями вычисляется сила сопротивления в газовом потоке. Процедуры и методы. Определяется степень в образующей тела минимального сопротивления и радиус затупления в критической точке в зависимости от удлинения в широком диапазоне чисел Рейнольдса. Результаты. Для тела вращения со степенной образующей и сферическим, параболическим и гиперболическим затуплениями вычисляется сила сопротивления в высокоскоростном потоке разреженного газа на основе нескольких локальных моделей течения газа. Теоретическая и практическая значимость. Результаты, полученные в данной работе, имеют большое значение для оптимизации геометрии летательных аппаратов.

Никитин Н.В., Попеленская Н.В. «Турбулентные пульсирующие течения в трубе квадратного сечения» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 55-71 (2023)

Численно исследуются турбулентные пульсирующие течения в трубе квадратного сечения. Рассматривается режим доминирования потока, когда расход жидкости остается положительным во всех фазах осцилляционного цикла. Изучены течения при нескольких значениях частоты осцилляций. Результаты сопоставляются с ламинарными осциллирующими течениями и турбулентным стационарным течением в квадратной трубе, а также пульсирующими турбулентными течениями в круглой трубе. Определены интегральные и пульсационные характеристики турбулентности, их зависимость от частоты осцилляций. Обнаружено, в частности, что при рассмотренном числе Рейнольдса Re=2200 коэффициент сопротивления в пульсирующих течениях оказывается ниже, чем в стационарном. Снижение сопротивления увеличивается с ростом периода осцилляций, достигая величины в 14.7%. Характерной особенностью турбулентных течений в трубах прямоугольного сечения является возникновение вторичных течений Прандтля 2-го рода. В работе подробно изучены детали вторичных течений в условиях пульсирующего потока.

Остриков Н.Н., Яковец М.А., Ипатов И.С., Панкратов И.В. «Валидация метода определения модального состава тонального звукового поля в цилиндрическом канале на основе синхронных измерений в канале и дальнем поле при отсутствии потока» Акустический журнал, 69, № 2, с. 216-229 (2023)

Разработан метод определения модального состава коррелированных звуковых мод, распространяющихся в цилиндрическом канале, особенностью которого является учет эффекта отражения звука от открытого конца канала с помощью численного или аналитического расчета коэффициентов отражения. В заглушенной камере AК-2 проведена валидация данного метода, в которой звуковое поле создавалось в канале маломасштабной модели воздухозаборника с помощью 12 динамиков на фиксированных частотах, определение модального состава осуществлялось с помощью 48 микрофонов, установленных заподлицо стенок канала, и проводились синхронные измерения направленности излучения звука из открытого конца канала в дальнем поле. При этом на основе найденных амплитуд звуковых мод в канале проводился расчет характеристик излучения в дальнем поле с использованием аналитического решения по излучению звука из полубесконечного цилиндрического канала, результаты которого сравнивались с результатами измерений. Показано, что амплитуды звуковых мод, найденные согласно разработанному методу, позволяют с высокой точностью восстановить характеристики дальнего звукового поля в тех случаях, когда число сгенерированных распространяющихся мод в канале не превышает количества установленных микрофонов в цилиндрической решетке. Ключевые слова: модальный анализ звукового поля в каналах, когерентные звуковые моды, цилиндрический канал, коэффициенты отражения звуковых мод от открытого конца канала, излучение звука из открытого конца канала DOI: 10.31857/S0320791923600099, EDN: IULPLA

Пахомов М.А. «Влияние дисперсной фазы на структуру вихревого течения и турбулентность при течении газокапельного потока в оребренном канале» Волны и вихри в сложных средах: 13 международная конференция – школа молодых ученых; 30 ноября–02 декабря 2022 г., Москва: Сборник материалов школы, с. 204-206 (2022)

Проведено численное исследование локальной структуры, турбулентности и теплопереноса в плоском канале при испарении капель воды в газовом потоке с использованием эйлерова подхода. Показано, что структура турбулентного двухфазного течения претерпевает существенные изменения в сравнении с течением двухфазного потока в плоском канале.

Калюлин С.Л., Модорский В.Я. «Численное моделирование обледенения при вибрациях аэродинамического профиля» Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника, № 72, с. 100-110 (2022)

По сравнению с исследованиями процессов обледенения конструкции без обтекания газодинамическим потоком исследований с обтеканием аэродинамического профиля существенно меньше. Из них большая часть – без вибраций, тогда как исследования при воздействии вибраций, посвященные описанию механизмов образования льда при вибрациях для различных амплитуд и частот, обнаружить не удалось. В настоящей статье представлены результаты численного моделирования обледенения аэродинамического профиля с учетом его вибрации по гармоническому закону, описаны механизмы обледенения при различных виброскоростях, показано влияние вибраций на массу ледяных наростов. Выявлены зависимости коэффициента отношения скорости набегающего газодинамического потока к виброскорости KV от массы льда. Показано, что при низких частотах превалирует эффект «прилипания» льда к стенкам аэродинамического профиля, а при повышении частот – эффект «стряхивания». Вибрации могут не только снижать массу льда, но и повышать ее. Исследование действия вибраций аэродинамического профиля на обледенение позволит учесть и при необходимости изменить диапазон собственных и вынужденных частот элементов конструкции. При постоянных виброскоростях, близких к скорости набегающего потока, при повышении частоты колебания от 2 до 60 кГц и соответствующим снижением амплитуды масса льда сначала увеличивается на 50–80%, а потом снижается на 15–25% относительно режима «без вибраций». Ключевые слова: обледенение, аэродинамический профиль, вибрации, численное моделирование, суперкомпьютер, виброскорость, авиационный двигатель, ледяной нарост, распределение толщины льда, механизм облеленения.

Рябов В.М., Ярцев Б.А. «Управление связанностью колебаний композитного крыла» Вестник Санкт-Петербургского университета. Серия 1: Математика. Механика. Астрономия, 10, № 2, с. 344-356 (2023)

Обсуждается возможность управления связанностью затухающих изгибно-крутильных колебаний композитного крыла за счет использования моноклинных структур армирования обшивки. Декомпозиция потенциальной энергии деформации и кинетической энергии собственных форм на связанные и несвязанные составляющие позволила в качестве мер связанности мод колебаний ввести два коэффициента, интегрально учитывающие влияние геометрии и структуры армирования на параметры динамического отклика конструкции. Первый из этих коэффициентов характеризует упругую, а второй – инерционную связанности мод собственных колебаний. Выполнены численные исследования влияния ориентации образующих обшивку слоев анизотропного углепластика на величины собственных частот, коэффициентов механических потерь, коэффициентов упругой и инерционной связанности для нескольких низших тонов собственных изгибно-крутильных колебаний крыла. Совместный анализ полученных результатов позволил установить, что для каждой пары изгибнокрутильных мод колебаний существуют диапазоны изменения углов ориентации слоев армирующего материала, в которых инерционная связанность, обусловленная несимметрией профиля поперечного сечения относительно главных осей инерции, уменьшается (вплоть до полного подавления) за счет возникновения упругой связанности в материале обшивки. Указанные диапазоны характеризуются двумя основными признаками: 1) минимальным различием величин собственных частот рассматриваемой пары изгибно-крутильных мод колебаний и 2) принадлежностью собственных частот изгибно-крутильных колебаний отрезку, ограничиваемому соответствующими парциальными собственными частотами рассматриваемой пары мод колебаний.