Родионов А.Ю., Стаценко Л.Г., Кузин Д.А., Смирнова М.М. «Применение некогерентных многочастотных сигналов для передачи информации в нестационарной гидроакустической среде» Акустический журнал, 69, № 5, с. 652-662 (2023)

Представлен класс цифровых некогерентных методов передачи информации на базе многочастотных сигналов для мобильных подводных комплексов, не требующий регулярной и точной оценки параметров канала и априорно устойчивый к различным типам помех в нестационарных гидроакустических каналах связи, и ориентированный на решение задач связи и навигации для подводных робототехнических комплексов. Показано ограничение спектральной эффективности подобных многочастотных систем передачи информации величиной 0.5 бит/с/Гц в различных частотных диапазонах, нестационарных гидрологических условиях, с достижением максимальной дальности действия при приемлемых уровнях вероятности ошибки при декодировании информации. Работоспособность предложенного класса многочастотных методов уплотнения подтверждалась численными и натурными морскими экспериментами на шельфе на дистанциях от 2.5 до 7 км при взаимном дрейфе судов и при волнении моря до 3 баллов.

Козубская Т.К., Плаксин Г.М., Софронов И.Л. «О постановке задач численного бимформинга для источников дипольного типа» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 272-273 (2023)

В задачах аэроакустики для некоторых режимов обтекания могут появляться дипольные акустические источники, генерируемые флюктуирующими силами. Способы локализации и определения их характеристик на основе технологии бимформинга сталкиваются с определенными трудностями и напрямую не переносятся с достаточно хорошо исследованных и отработанных алгоритмов для монополей. Появившиеся в последнее время подходы бимформинга для точечных дипольных источников предполагают их некоррелированность и используют, как правило, априорную информацию о направленности дипольного момента, что сужает круг возможных для решения задач. В отличие от монопольного случая с неизвестной комплексной скалярной функцией интенсивности источника, в частотной области для диполей приходится отыскивать уже векторную функцию, учитывающую наличие направления дипольного момента. В работе приводится классификация трех возможных постановок задач для источника дипольного типа, заданного на некоторой поверхности в трехмерном пространстве. Эти три задачи отличаются друг от друга количеством неизвестных скалярных функций, приходящих на одну точку пространства в отыскиваемом решении. Первая, самая общая постановка заключается в поиске дипольных источников с неизвестными направленностями и нефиксированной разностью фаз. Это соответствует трем комплексным функциям – по числу компонент дипольного момента. Задача схожа с монопольным случаем, но при ее решении возникает проблема неединственности, проявляемая в том, что двум разным функциям источника соответствует один и тоже акустический след на сетке микрофонов. Во второй постановке фиксируется разность фаз диполей, что уменьшает число степеней свободы, но направленности подлежат определению. Неизвестными являются комплексная функция интенсивности и два угла для оси диполя. Эта постановка сводится к нелинейной задаче оптимизации, которая также может иметь неединственное решение. Устранению неединственности может помочь совместное применение нескольких сеток микрофонов. Третья же постановка задачи формулируется для априорно известных направленностей. В силу сокращения степеней свободы до минимума, свойства разрешимости этой задачи становятся практически такими же, как для монопольных источников. Для решения задачи бимформинга в случае дипольного источника мы развиваем метод численного бимформинга. Одной из отличительных его особенностей является возможность выбирать количество и расположение микрофонов в широких пределах, что позволяет не делать предположения о некоррелированности источников. Метод основан на представлении функции источника некоторой непрерывной по пространству функцией, в отличие от классических «дискретных» техник, а вычисление матрицы переноса излучения происходит согласно конечно-элементному подходу. Для источников монопольного типа было показано, что сочетание непрерывного представления с физически обоснованными ограничениями на сетки источника и микрофонов, дает возможность решать задачу бимформинга для коррелированного источника с высокой точностью даже без необходимости в регуляризации. Приводится анализ ряда тестовых примеров по исследованию проблемы неединственности, отмеченной выше и путей для ее устранения в рамках развиваемого нами подхода численного бимформинга. В частности, показано, что в случае задачи с коррелированным дипольным источником при известной функции направленности дипольного момента результаты аналогичны тем, что получаются для монопольных источников.

Титарев В.А., Фараносов Г.А., Чернышев С.А., Акиньшин Р.В. «Обзор возможностей кода «Гербера» применительно к задаче аэродинамического и акустического моделирования воздушных винтов» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 274-275 (2023)

В НИО-9 ЦАГИ разрабатывается численный метод и семейство параллельных программ «Гербера», предназначенные для моделирования аэроакустики сложных винтовых конфигураций на вращающихся сетках с несогласованными интерфейсами. Отличительными особенностями программ являются возможность проводить моделирование течений вокруг конфигураций с произвольным числом вращающихся элементов с использованием расчетных сеток до 100 миллионов ячеек. Изначально «Гербера» предназначалась для моделирования тонального шума самолетных винтовых конфигураций, однако в последних версиях пакет был адаптирован под специфику задачи моделирования несущего винта вертолета. Основные режимы работы несущего винта (висение и горизонтальный полет) заметно отличаются от «самолетных» режимов наличием сложной системы вихрей, оказывающей в некоторых случаях существенное влияние на его характеристики. В настоящем докладе возможности кода «Гербера» иллюстрируются на задачах двух типов. Задачи первого типа состоят в расчете аэродинамических характеристик и тонального шума самолетного винта в различных комбинациях: одиночный винт, комбинация двух биротативных винтов, распределенная установка на основе 2-х винтов с параллельными осями вращения. Качество моделирования оценивается путем сравнения с опубликованными в литературе расчетными и экспериментальными данными для одиночного самолетного винта, в том числе, полученными на модернизированном винтовом приборе в УНУ АК-2. В задачах второго типа проводится моделирование тематического вертолетного винта на режиме висения или в режиме горизонтального полета. Результаты моделирования также сравниваются с данными измерений на открытом стенде или в аэродинамической трубе.

Фараносов Г.А., Акиньшин Р.В., Титарев В.А. «Опыт применения программного пакета «Гербера-Вертол» для расчета тонального шума несущего винта на различных режимах» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 276-278 (2023)

Несущий винт вертолета является сложной системой, характеризующейся рядом аэродинамических особенностей, которые необходимо учитывать при ее моделировании аналитическими, полуэмпирическими или численными методами. Поскольку тональная компонента шума несущего винта непосредственно связана с его аэродинамическими характеристиками, для ее расчетной оценки необходимо их корректное моделирование. Одним из подходов, позволяющих достаточно детально воспроизвести структуру течения в области винта, а значит, при определенных условиях – и тональную составляющую его шума, является численное моделирование на высокопроизводительных вычислительных системах. В отсутствие в России крупномасштабной заглушенной аэродинамической трубы именно численные методы, при условии их тщательной валидации, могут стать востребованным инструментом для моделирования аэроакустических характеристик винтов и разработки методов их улучшения. Рассматривается несколько примеров расчета шума с помощью кода «Гербера-Вертол» и обсуждаются особенности, которые следует учитывать как при проведении моделирования, так и при валидации полученных результатов с использованием экспериментальных данных.

Акиньшин Р.В., Зайцев М.Ю., Фараносов Г.А., Титарев В.А. «Исследование основных характеристик тонального шума несущего винта на режиме висения с помощью численного моделирования.» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 279-280 (2023)

Применение численных методов применительно к задаче моделирования аэроакустических характеристик несущего винта выглядит перспективным в связи с повышающейся значимостью экологических аспектов эксплуатации вертолетов и необходимостью их учета при проектировании новых вертолетов. Дополнительным фактором, стимулирующим развитие численных методов применительно к данной задаче, является ограниченность возможностей акустического эксперимента для вертолетных винтов из-за отсутствия в России заглушенных аэродинамических труб необходимого размера. В работе рассматривалась нестационарная задача об определении тонального шума вертолетного винта на базе прямоугольного профиля NACA23012 на режиме висения на основе численного решения уравнений Эйлера. Для проведения расчетов использовался собственный параллельный вычислительный код «Гербера», предназначенный для моделирования винтовых конфигураций. В расчетах применялась комбинация вращающейся области/сетки в непосредственной близости от винта и внешней неподвижной области/сетки, охватывающей элементы установки винта, с интерполяцией решения на скользящих плоскостях между различными областями сетки. Для сокращения временных затрат в программном комплексе реализована гибридная двухуровневая модель параллельных вычислений MPI+Open MP, позволяющая проводить расчеты с использованием нескольких тысяч ядер x86. Численное моделирование позволяет достаточно детально исследовать как особенности аэродинамических характеристик несущего винта на режиме висения, так и особенности генерации и распространения тональной составляющей шума винта. В работе для исследуемого винта проведен анализ развития вихревой системы за винтом и ее влияния на характеристики винта. Выполнено сравнение результатов расчета шума по поверхности лопастей и по проницаемой контрольной поверхности, сделана оценка вкладов шума вытеснения и шума нагрузки, а также вкладов различных участков лопасти в общий шум, определена граница, за пределами которой можно использовать приближение дальнего поля.

Воронцов В.И., Фараносов Г.А., Акиньшин Р.В., Карабасов С.А., Зайцев М.Ю. «Влияние эффективного угла установки на точность расчёта тонального шума несущего винта при различных геометрических параметрах лопасти» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 281 (2023)

Исследуется способ повышения точности вычисления тонального шума несущего вертолётного винта с помощью введения в численное решение эффективного угла установки лопасти. В качестве инструмента использовался двухэтапный гибридный метод численного расчёта тонального шума, использующий сочетание прямого расчёта уравнений Эйлера для описания обтекания лопасти несущего вертолётного винта и интегрального метода Фокса Вильямса–Хоукингса (ФВХ) нахождения шума в дальнем поле. Проведены две серии численных расчётов. В первой в качестве значений углов установки использовались экспериментальные значения. Для второй серии находились углы установки лопасти, при которых тяга, получаемая из численного расчёта, соответствовала экспериментальным величинам. Проведено сравнение полученных тональных гармоник.

Солнцев И.А., Карабасов С.А. «Разработка GPU-версии неструктурированного кода Кабаре для вращающихся зон со скользящим интерфейсом» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 282-283 (2023)

Для моделирования шума, создаваемого аэродинамическими потоками необходимы численные методы высокого разрешения, которые обеспечивают малую численную диссипацию и точно сохраняют дисперсионные свойства определяющих уравнений газовой динамики. Одним из таких методов является метод Кабаре, который активно применяется для моделирования высокоскоростных струй. Основная цель работы состоит в том, чтобы распространить метод Кабаре для течений, типичных для вращающегося несущего винта. Для этого разработана версия метода Кабаре для решения уравнений Навье–Стокса на многоблочных расчётных сетках со скользящим интерфейсом между вращающимися и неподвижными зонами, в которую добавлена аппроксимация неинерциальных членов во вращающихся зонах. Важные свойства разработанной нами модификации метода Кабаре для вращающихся зон включают сохранение хороших свойств линейной дисперсии и диссипации исходного метода Кабаре на фиксированных сетках даже при грубом разрешении сетки, а также строгое сохранение потоков массы, импульса и энергии на скользящем интерфейсе между вращающимися и неподвижными зонами. Для этого реализовано подсеточное разбиение проекций контактных поверхностей с обеих сторон границы скольжения на промежуточную виртуальную поверхность и применяется реконструкция решения на субячейках и субгранях на скользящем интерфейсе гексагональных сеток. Субграни определяются путем построения многоугольников перекрытия проекций с использованием алгоритма отсечения Сазерленда–Ходжмана. Алгоритм Кабаре обеспечивает наилучшие спектральные свойства при числе Куранта ∼0.5. На неоднородных криволинейных сетках, типичных для приложений с вращающимся винтом, максимально допустимый шаг по времени определяется ячейками минимальных размеров у поверхности винта, что при синхронных шагах по времени соответствует малым числам Куранта в других ячейках сетки. Для улучшения дисперсионных свойств схемы при малых числах Куранта, разработана модификация базового алгоритма Кабаре с улучшенными дисперсионными свойствами. Избежать малых чисел Куранта и обеспечить оптимальные спектральные свойства алгоритма Кабаре на неоднородных сетках позволяет реализованный нами асинхронный подход, в котором шаг по времени в каждой ячейке сетки определяется независимо, исходя из локального оптимального числа Куранта. При этом сохраняется второй порядок и обеспечивается сохранение потоков через границы марширующих с разным шагом ячеек. Параллельная версия алгоритма для кластерных систем с распределённой памятью реализована с использованием интерфейса MPI (Message Passing Interface). Для вычислений на ПК с графическим ускорителем GPU (Graphic Processing Unit) реализована параллельная версия алгоритма с применением архитектуры CUDA (Compute Unified Device Architecture). Выполнены тестовые расчёты распространения акустического сигнала через неподвижные и вращающиеся зоны. Произведена оценка погрешности метода сравнением с известными аналитическими решениями. Верификация многоблочной модели Кабаре выполнена в расчётах обтекания тестовой модели винта. Выполнена оценка основных параметров течения – нагрузок на лопасти и индуцируемых винтом пульсаций давления в контрольных точках. Определена скорость формирования квазистационарного обтекания винта при численном моделировании. Определены минимально необходимые размеры сеток и другие параметры, необходимые для получения устойчивых решений.

Абдрашитов Р.Г., Попов О.Ю., Иванушкин Е.А., Андреев М.И. «Оценка сходимости результатов математического моделирования акустического нагружения каверны на основе применения ПО ЛОГОС с физическими экспериментами.» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 284-285 (2023)

Возросшие возможности вычислительной техники позволяют получить данные численного эксперимента с высокой степенью достоверности результата, что открывает потенциал использования компьютерных математических моделей для сокращения натурных физических экспериментов. С этой целью в ОКБ Сухого для перспективного ЛА проводится работа по созданию компьютерных математических моделей – виртуальных аналогов физических лётных образцов. При этом для получения достоверности результатов необходимо провести валидацию мат. моделей на ранее полученных данных физических экспериментов, трубных и лётных, на физических моделях и самолетах аналогах. Для решения этой задачи в ОКБ Сухого совместно с РФЯЦ, была организована работа по численному моделированию и расчёту на СуперЭВМ в ПО ЛОГОС и оценке сходимости полученных данных с данными физических экспериментов. Верификация программного кода ПО ЛОГОС была выполнена ранее – в 2011–2012 году и показала пригодность заложенных в ПО ЛОГОС математических алгоритмов для решения широкого класса задач, в том числе в области получения аэроакустических нагрузок. В части аэроакустики грузовых отсеков для проведения валидации были разработаны 3D компьютерные модели трубной физической модели А- по которой имелась широкая база экспериментальных данных, полученных в ходе работ в ЦНИИ машиностроения.

Бобков В.Г., Козубская Т.К., Липатов А.В., Парфёнов А.Е. «Численное моделирование обтекания шарнирного винта вертолета с управлением» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 286-287 (2023)

Представлены результаты численного моделирования турбулентного обтекания шарнирного несущего винта вертолета. Течение вблизи винта описывается математической моделью на основе нестационарных осредненных уравнений Навье–Стокса (URANS) с замыкающей моделью турбулентности Спаларта – Алмараса и поправкой на кривизну лини тока (SA-RC). Уравнения Навье–Стокса численно решаются контрольно-объемным методом повышенной точности с центром в вершинах на неструктурированных гибридных сетках. Движение лопастей в расчетах реализуется путем деформации расчетной сетки. Методика деформации неструктурированной гибридной сетки для моделирования течения около лопастей, совершающих малые движения трех типов, основана на использовании вспомогательной стренд-сетки (иначе, сетки структуры паутины). В рамках работы проведено сравнение аэродинамических характеристик несущего винта с циклическим управлением и маховым движением лопастей с аналогичными характеристиками жёсткого винта с фиксированным углом установки лопастей и углом конусности на различных режимах работы винта.

Абалакин И.В., Бобков В.Г., Козубская Т.К., Цветкова В.О. «Численное моделирование влияния фюзеляжа вертолета на акустику винта.» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 288-289 (2023)

Представлены результаты моделирования нестационарного турбулентного течения, создаваемого несущим винтом вертолета в присутствии фюзеляжа. Особое внимание уделяется учету влияния фюзеляжа на течение и создаваемое им акустическое поле.

Макаров В.Е., Шорстов В.А. «Применение зонного вихреразрешающего подхода для расчета широкополосного шума задних кромок лопаток ротора вентилятора.» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 290-291 (2023)

Представлены результаты работы, заключающейся в попытке применения зонного вихреразрешающего подхода, реализованного ранее для расчета еще одного вида широкополосного шума вентилятора ТРДД, а именно шума задних кромок лопаток ротора.

Шорстов В.А. «Численное исследование особенностей распространения и трансформации шума вентилятора в воздухозаборнике СПС в условиях запертого и незапертого горла» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 292-294 (2023)

Работа посвящена расчетам шума двигателя сверхзвукового пассажирского самолета, излучаемого через его входное устройство (ВЗУ) и выявлению особенностей распространения, трансформации и излучения в дальнее поле этого шума. Формы ВЗУ продиктованы требованиями их эффективности в крейсерском сверхзвуковом полете, что приводит к наличию острых кромок на входе и существенному изменению формы и площади сечения канала. Такая геометрия обуславливает появление течения с отрывами от кромок и применение методов семейства DES. Для расчетов использовалась программа «ВиВ Трекер», с гибридной расчетной схемой, применяемой как для моделирования турбулентности в рамках RANS, так и для вихреразрешения.

Жигалкин А.С., Любимов Д.А. «Анализ RANS/ILES(i) методом влияния турбулентности набегающего потока и дросселирования на спектральные свойства пульсаций давления в воздухозаборнике для сверхзвукового пассажирского самолета» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 295-296 (2023)

С помощью комбинированного RANS/ILES(i) метода высокого разрешения выполнены расчеты течения в модельном сверхзвуковом воздухозаборнике смешанного сжатия (ВЗУ) для сверхзвукового пассажирского самолета.

Демин И.Ю., Гурбатов С.Н., Лисин А.А., Карабасов С.А. «Численное моделирование эволюции интенсивных шумовых волн в задачах аэроакустики» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 297-298 (2023)

Представлен обзор результатов численного моделирования распространения интенсивных акустических шумов применительно к задачам аэроакустики, полученных авторами в последнее время. Описание процессов эволюции нелинейных акустических волн сводится к решению обобщенного уравнения Бюргерса (УБ). Приведены результаты численного решения эволюционного УБ для трех задач. 1. Предложен метод сравнения результатов численного и физического моделирования по эволюции спектров интенсивных шумовых и регулярных волн в акустических средах. В качестве примера приведены результаты реального эксперимента по исследованию интенсивных реактивных шумов в свободном пространстве (Webster D.A., Black-stock D.T.). Удалось с помощью специальной программы «оцифровать» начальный спектр мощности и проследить его эволюцию на основе спектрального решения УБ. В результате сравнения было получено хорошее согласование между экспериментальными и численными реализациями спектров, что позволяет сделать вывод о возможности диагностики акустических сред с целью определения характеристик начального возмущения, линейных и нелинейных параметров среды. 2. Представлены результаты использования спектров второго порядка (биспектров) как индикаторов процесса нелинейного взаимодействия. На основе численного решения УБ проведен анализ возможности восстановления начального спектра интенсивного шума по измеренным спектральным и биспектральным характеристикам принятого сигнала на коротких трассах. 3. Представлены примеры расчета сверхзвуковых струй из эксперимента LTRAC (Университета Монаш, Австралия) и ТUTA (Техасский Университет, США). Для увеличения эффективности в имеющуюся программу численного решения эволюционного УБ добавлена неявная схема интегрирования по пространству, что позволило провести оценку влияния геометрического фактора и сравнить результата звукопереноса в предположении сферической и цилиндрической симметрии источника.

Абдрашитов Р.Г., Иванушкин Е.А. «Математическое моделирование истечения воздуха из баллона посадочной опоры ЛА» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 299-300 (2023)

Одним из способов посадки легкого беспилотного летательного аппарата (БПЛА) является посадка с помощью парашютной системы (ПС), которая обеспечивает приземление объекта с допустимой, по условиям безопасности БПЛА, вертикальной скоростью v_y. В момент касания БПЛА с землей ПС отсоединяется от объекта. Гашение вертикальной скорости v_y до нулевого значения осуществляется баллоном (рис 1), который наполняется воздухом перед контактом с землей. Для предотвращения отскока объекта от земли в конструкции баллона предусматривается отверстие, которое остается закрытым, до тех пор, пока давление в баллоне не достигнет определенного допустимого значения p_доп. При превышении допустимого давления срабатывает клапан и сжатый воздух через отверстие истекает из баллона, смягчая его реакцию на посадочный удар. В ходе данной работы было промоделировано истечение газа из конечного объема высокого давления при помощи численной модели турбулентности модифицированая SA в программно-расчетном комплексе ЛОГОС. В качестве модели газа в расчете использовался идеальный газ. Пристеночная функция в расчетах выбрана Lowy+. Количество узлов: 570 945. Количество граней: 1 633 785. Количество ячеек: 531 015. Также было промоделировано истечение газа при помощи аналитической модели термодинамического истечения газа, проведены копровые сбросы. Результаты показывают высокую сходимость. Что допускает возможность рассматривать процессы истечения газа без использования ресурсоемких численных моделей для инженерной оценки основных параметров газового потока.

Дубень А.П., Козубская Т.К., Родионов П.В. «Численное моделирование акустического поля, создаваемого крылом прототипа сверхзвукового пассажирского самолета на режиме посадки» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 301-302 (2023)

Представлены результаты численного моделирования акустики крыла прототипа СПС на режиме посадки, позволяющие оценить уровень шума, создаваемого данным крылом, в дальнем поле. Приводятся результаты предварительного анализа целевого течения на предмет наиболее значимых источников акустических возмущений.

Александров А.В., Дородницын Л.В. «Использование синтетических полей возмущений для моделирования шума в дальнем поле при рассеянии турбулентного потока на профиле» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 303-304 (2023)

Предсказание шума в дальнем поле на основе LES/DNS расчетов в настоящий момент в большинстве случаев является задачей очень дорогостоящей, а подчас и невыполнимой с точки зрения вычислительной стоимости. Например, задача о предсказании шума от турбулентного следа винта, рассевающегося на некотором профиле, требует очень больших вычислительных ресурсов. В то же время, в ряде случаев достаточно качественные оценки можно получить на основе линейных уравнений Эйлера с использованием турбулентного поля, имитирующего турбулентный след винта. В настоящей работе проводится оценка шума в дальнем поле вследствие рассеяния турбулентного следа на профиле. В качестве генератора синтетической турбулентности используется предложенный авторами прямой тензорный метод фильтрации, обобщающий подход, применяемый ранее. В данном методе поле скорости строится как ротор функции тока, определяемой сверткой ядра пространственного фильтра с членом белого шума. Полученное поле является бездивергентным и корректно воспроизводит одно- и двухточечные моменты первого и второго порядка, а также масштабы турбулентности.

Бутаков О.В., Дубень А.П., Козубская Т.К., Загитов Р.А., Шуваев Н.В. «Реализация метода нелинейного гармонического анализа для решения задач турбомашиностроения» Тезисы докладов XX научно-технической конференции по аэроакустике (24–29 сентября 2023 г.) М.: Центральный аэрогидродинамический институт им. проф. Н.Е. Жуковского (2023), с. 305-306 (2023)

В настоящее время эффективной вычислительной технологией, применяемой при решении задач турбомашиностроения, является метод, использующий нелинейный гармонический анализ (Non-Linear Harmonics, NLH). Этот метод был предложен в работе He, Li and Wei Ning. Efficient Approach for Analysis of Unsteady Viscous Flows in Turbomachines // AIAA J. 36 (1998): 2005-2012. В его основе лежит разложение полей газодинамических переменных на осредненные по времени и пульсационные составляющие, существование которых обусловлено ротор-статорными взаимодействиями. В общей математической модели пульсационные компоненты представлены комплексными амплитудами гармоник на частотах следов от соседних венцов и кратных им. Метод NLH позволяет моделировать турбулентные течения в многоступенчатых турбомашинах, используя единый домен с одним межлопаточным каналом при взаимном учете пульсаций, приходящих от соседних венцов. Впервые используемая в работе для описания модели система дифференциальных уравнений и численный метод ее решения были представлены ранее. Работа посвящена реализации метода NLH в рамках конечно-объемного вершинно-центрированного вычислительного алгоритма, используемого в программном комплексе NOISEtte. Представлены результаты верификации метода NLH путем решения модельных тестовых задач. Обсуждаются особенности реализации применительно к расчету турбулентных течений в реальных задачах турбомашиностроения. Анализ численных результатов проводится путем сравнения с результатами эталонных расчетов (в том числе полученных с использованием известных коммерческих кодов) и экспериментальными данными.