Тукмаков Д.А. «Численное моделирование колебаний аэрозоля в открытом акустическом резонаторе» Вестник Воронежского государственного университета (ВГУ). Серия Физика. Математика, № 1, с. 3-13 (2025)

Численно моделируются колебания аэрозоля в акустическом резонаторе открытого типа. Математические модель реализовывали континуальную методику моделирования динамики неоднородных сред – для каждой из компонент смеси решалась полная гидродинамическая система уравнений движения для течения с осевой симметрией. Несущая среда описывалась как вязкий, сжимаемый теплопроводный газ. Математическая модель учитывала обмен импульсом и теплообмен между компонентами смеси. Уравнения математической модели решались явным конечно-разностным методом Мак-Кормака для получения монотонного решения применялась схема нелинейной коррекции. Ключевые слова: численное моделирование, газовзвеси, акустический резонатор, межфазное взаимодействие

Гурбатов С.Н., Демин И.Ю. «Численный анализ распространения интенсивных акустических шумов на стадии взаимодействия развитых разрывов» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 16–21 сентября 2024 г. Сборник тезисов, с. 151-152 (2024)

Распространение интенсивных акустических шумовых волн (например, реактивный шум – Jet Noise) в слабодиспергирующих средах описывается обобщенным уравнением Бюргерса (УБ). Обобщенное УБ описывает три физических эффекта, влияющих на форму и амплитуду распространяющейся волны: динамическую нелинейность, вязкое затухание и геометрическую расходимость. Для начального шумового поля УБ не имеет точного аналитического решения, и задача о эволюции нелинейных случайных процессов решается численными методами, например, предложенной разностная схемой в спектральной области с использованием быстрого преобразования Фурье (БПФ). Предложенная схема численного решения позволила рассмотреть эволюцию нелинейных случайных волн в случае сильной нелинейности и слабой сферической расходимости волны. Применительно к вычислительным задачам аэроакустики представлен обзор результатов численного моделирования распространения интенсивных акустических шумов на стадии развитых разрывов, когда формируется автомодельный спектр интенсивных шумов. Приведены оценки для модельных и реальных экспериментов по распространению плоских и сферических регулярных и шумовых волн, а также предложен метод определения характеристик начального спектра по результатам измерения шума на дальних трассах от источника.

Клименко Д.В., Радостин А.В., Тимушев С.Ф., Февральских А.В., Щеглов Д.К. «Численное моделирование тонального шума квадрокоптера в программном комплексе FLOWVISION» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 16–21 сентября 2024 г. Сборник тезисов, с. 262-264 (2024)

Развитие интереса к легким беспилотным летательным аппаратам стимулирует потребность в моделировании акустических характеристик этого вида техники. Особенно важным являются такие расчеты для различных компоновок летательного аппарата с несколькими винтами. Представлены результаты апробации новых возможностей для выполнения акустических расчетов с использованием программного комплекса FlowVision на примере тонального шума квадрокоптера. Методика расчета основана на акустико-вихревой декомпозиции уравнений движения сжимаемой среды.

Чэнь Болунь, Мошков П.А., Тимушев С.Ф. «Численное исследование аэроакустического взаимодействия компоновки воздушного винта. Валидация методики расчета» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 16–21 сентября 2024 г. Сборник тезисов, с. 268-272 (2024)

Распределенные электрические силовые установки становятся все более распространенными из-за возможности устанавливать движители в разных местах самолета независимо от положения источника энергии. Для авиаконструкторов распределенные электрические силовые установки открывают новые возможности в области аэродинамики, управления самолетом и аэроакустики. Воздушные винты, как эффективный движитель, хорошо подходят для низкоскоростных летательных аппаратов, обеспечивающих аэромобильность. Ожидается, что аэроакустические характеристики летательного аппарата с распределенными воздушными винтами могут существенно отличаться от характеристик обычного гражданского самолета. Представлен сравнительный анализ аэроакустических характеристик трех небольших воздушных винтов, которые представляют собой систему распределенных движителей, и одного большого воздушного винта АВ-2, который применяется в самолете Ан-2.

Зайцев Д.К., Колесник Е.В., Смирнов Е.М. «Опыт численного моделирования акустического резонанса в кольцевой полости с осевым транзитным потоком» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 16–21 сентября 2024 г. Сборник тезисов, с. 280-284 (2024)

Хорошо известным случаем развития автоколебаний резонансного типа является акустический резонанс в глубокой полости или в глухом боковом отводе трубопровода. Благодаря эффекту синхронизации, возникающему в подобного рода конфигурациях, резонансные автоколебания наблюдаются в некотором диапазоне скоростей транзитного потока, причем одновременно могут возбуждаться несколько мод собственных колебаний. В настоящей работе представляется опыт численного моделирования установившихся акустических автоколебаний в кольцевой полости, которая опоясывает круглую трубу в месте ее локального сужения. Транзитное течение воздуха в трубе существенно дозвуковое. Прототипом для построения вычислительной модели служили условия экспериментального исследования, проведенного в лаборатории ОКБМ им. И.И. Африкантова

Кузнецов А.А., Пальчиковский В.В., Храмцов И.В. «Определение скорости колебаний в горле резонатора Гельмгольца с помощью численного моделирования» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 16–21 сентября 2024 г. Сборник тезисов, с. 289 (2024)

В настоящее время для снижения шума в каналах энергетических установок и авиадвигателей широко используются звукопоглощающие конструкции (ЗПК), которые устанавливаются на внутренних поверхностях входных и выхлопных каналов. Основной характеристикой таких конструкций является импеданс комплексная величина, которая зависит от геометрических параметров и условий эксплуатации. Как известно, импеданс определяется как отношение акустического давления к акустической скорости в точке на поверхности ЗПК. Однако, определение импеданса по данному соотношению в эксперименте существенно осложнено в связи со сложностью определения акустической скорости. По данной причине для определения акустических характеристик ЗПК используют различные микрофонные методы. Численный расчет позволяет совместно определять параметры течения в различных точках расчетной области. В данной работе производился нестационарный газодинамический расчет течения внутри интерферометра нормального падения с модельным образцом ЗПК.

Пальчековская Н.В. «Исследование нелинейной стадии ламинарно-турбулентного перехода в сверхзвуковом пограничном слое под воздействием акустических возмущений» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 16–21 сентября 2024 г. Сборник тезисов, с. 322-325 (2024)

Рассматривается возбуждение и развитие неустойчивых волн первой моды на пластине при числе Маха набегающего потока M∞=3, температуре стенки близкой к адиабатической и числе Рейнольдса Re-8=2·10⁷, характерном для натурного сверхзвукового полета. Рассматривается обтекание плоской пластины под нулевым углом атаки. ЛТП в рассматриваемой задаче обусловлен возбуждением и развитием конвективно-неустойчивых волн первой моды по классификации Мэка. Основные цели работы: выполнить целостное численное моделирование всех стадий перехода, оценить возможность практической реализации амплитудного метода для предсказания начала перехода.

Слюняев А.В. «Прямое численное моделирование эволюции нелинейных морских волн» Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики. Труды XVII Всероссийской конференции (ГА-2024), Санкт-Петербург, 5–7 июня 2024 года, с. 165-167 (2024)

Выполнено численное моделирование эволюции ансамблей нерегулярных нелинейных волн на морской поверхности с заданными спектральными характеристиками начальных условий. Для рассчитанных полей смещения поверхности проанализированы спектральные и вероятностные характеристики, а также критерии модуляционной неустойчивости и присутствия солитонных структур – в контексте обнаружения условий возникновения «волн-убийц» и поиска возможности их прогноза.

Ткаченко О.П. «Численный анализ характеристик колебаний трубопровода в зависимости от степени его изгиба» Прикладные технологии гидроакустики и гидрофизики. Труды XVII Всероссийской конференции (ГА-2024), Санкт-Петербург, 5–7 июня 2024 года, с. 402-405 (2024)

Выполнен асимптотический и численный анализ математической модели, описывающей колебания стенки металлической изогнутой трубы с пульсирующим потоком жидкости. Математическая модель построена на основе теории упругих оболочек В.З. Власова, что позволяет исследовать дополнительные характеристики колебаний по сравнению со стержневыми моделями. Создан алгоритм преобразования математической модели к упрощенной постановке начально-краевой задачи. Показана высокая точность и адекватность предложенных моделей и методов исследования.

Алгазин С.Д. «Флаттер ортотропной цилиндрической оболочки» Известия высших учебных заведений. Авиационная техника, № 4, с. https://old.kai.ru/aviatech/archive/4.24.pdf (2024)

Построена математическая модель флаттера ортотропной цилиндрической оболочки. Задача сводится к несамосопряженной задаче на собственные значения для обыкновенного дифференциального уравнения четвертого порядка с малым параметром при старшей производной. Разработан численный алгоритм без насыщения для решения этой спектральной проблемы. В результате вычислительных экспериментов установлено, что флаттер возникает при появлении в спектре задачи (при увеличении скорости потока) комплексного собственного значения. Цилиндрическая оболочка, свободные колебания, задачи на собственные значения, флаттер цилиндрической оболочки, численный алгоритм без насыщения

Серегина М.А., Модорский В.Я., Черепанов И.Е., Бабушкина А.В. «Численное моделирование колебательных процессов в модельном канале с двумя перегородками, заполненном водородом» Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Механика, № 6, с. 47-59 (2024)

Рассматривается распространение звуковой волны в канале прямоугольного сечения с двумя перегородками из стеклопластика. Получены временные зависимости давления и перемещений для точек, расположенных в разных частях модельного канала. В качестве рабочего тела среды рассматриваются водород и воздух. Разработан алгоритм решения краевой задачи численного моделирования колебательных процессов в модельном канале прямоугольного сечения, с учетом двунаправленного взаимодействия (2-way Fluid-Structure Interaction или при сокращении 2FSI) между деформируемыми перегородками и потоком рабочей среды, с применением системы инженерного анализа ANSYS. Разработана математическая модель, соответствующая краевой задаче. Заданы начальные и граничные условия и выбраны контрольные точки по длине модельного канала и на стеклопластиковых перегородках. Представлены основные результаты исследования в виде зависимостей амплитуды перемещения перегородки и давления в рабочей среде (воздух или водород) от времени в характерных точках канала. Обнаружено, что переходные процессы на воздухе и водороде отличаются амплитудой и частотой колебания; обнаружена зависимость влияния числа перегородок на колебания в газовой среде. Рассмотренная система может стать моделью для проработки условий возникновения автоколебаний для разных рабочих сред. Прогнозирование поведения конструкции трубопровода, в модельном представлении, при воздействиях разных газов в процессе транспортировки позволит оценить влияние транспортируемой среды на акустические характеристики системы. Исследование данного вопроса крайне важно для поиска областей снижения шума при транспортировке любых газовых смесей по трубопроводам.

Егоров И.В., Нгуен Н.К., Чувахов П.В «Численное моделирование взаимодействия слабых ударных волн и сверхзвукового пограничного слоя на плоской пластине с затупленной передней кромкой» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 113-125 (2024)

Расчетным путем исследовано взаимодействие слабых ударных волн в виде N-волны со сверхзвуковым ламинарным пограничным слоем на плоской пластине с затупленной передней кромкой при числе Маха набегающего потока M=2.5. Численные результаты сопоставлены с известными экспериментальными данными. Обсуждается совместное влияние N-волны и притупления передней кромки на процесс ламинарно-турбулентного перехода. Ключевые слова: численное моделирование, уравнение Навье–Стокса, волна Маха, слабая ударная волна, плоская пластина с затупленной передней кромкой, сверхзвуковой пограничный слой

Журавская Т.А., Левин В.А «Разрушение детонационной волны в плоском канале с множественными барьерами» Известия РАН. Механика жидкости и газа, № 2, с. 139-149 (2024)

Представлены результаты численного исследования взаимодействия сформированной ячеистой волны детонации, распространяющейся в заполненном покоящейся стехиометрической водородно-воздушной смесью плоском канале, с расположенными на его внутренней поверхности множественными препятствиями (барьерами). Исследование проведено в целях определения условий, обеспечивающих подавление детонации. Изучено влияние геометрических параметров области с препятствиями на распространение волны. Обнаружено, что локализация препятствий в углублении в стенке канала приводит к снижению их разрушающего воздействия на детонацию. Рассмотрено гашение детонационного горения расположенным вдоль стенки канала слоем нереагирующего газа, ограниченным одиночными барьерами. Исследовано влияние состава газа на взаимодействие волны детонации со слоем. Предложены нереагирующие газовые смеси, при заполнении которыми области с препятствиями усиливается разрушающее воздействие барьеров на детонационную волну.

Чэнь Болунь, Тимушев С.Ф. «Численное исследование аэроакустического взаимодействия компоновки воздушного винта» Вестник Пермского национального исследовательского политехнического университета. Аэрокосмическая техника, № 3, с. 59-74 (2024)

Описывается расчетное исследование аэроакустического взаимодействия, которое происходит между воздушным винтом и крылом летательного аппарата. Предложен численный подход, основанный на расчете в частотной области, для прогнозирования шума винта в дальнем поле, который требует, чтобы аэродинамические источники были интегрированы по действительной поверхности лопасти, а не по поверхности ометаемого воздушным винтом диска. Этот численный подход был подтвержден сравнением с экспериментальными результатами и расчетами акустико-вихревым методом. В работе представлены несколько компоновок воздушного винта и крыла (тянущий винт, толкающий винт, винт над крылом) и сделан вывод об аэродинамическом взаимодействии и преимуществах этих компоновок. Моделирование проведено для одиночного воздушного винта и четырех различных компоновок воздушного винта с крылом. Результаты показывают, что для легких самолетов на крейсерском режиме взаимодействие винта и крыла влияет на аэродинамическую характеристику воздушного винта, но аэроакустическое взаимодействие винта и крыла может не оказывать существенного влияния на уровень звука и направленность шумового излучения. Вместе с тем нестационарная нагрузка на лопасть воздушного винта может изменить направленность и уровни шумового излучения по сравнению с шумом излучения крыла, вызванного эффектом установки воздушного винта, или по сравнению с шумом изолированного воздушного винта, работающего в невозмущенной окружающей среде. Ключевые слова: шум на местности, шум винта, шум крыла, компоновки воздушного винта, CFD-CAA, гармоники частоты следования лопастей, метод FW-H, акустико-вихревый метод, метод конечных элементов, распределенная силовая установка.

Юлдашев П.В., Сапожников О.А., Карзова М.М., Цысарь С.А., Квашенникова А.В., Коннова Е.О., Хохлова В.А. «Численные модели распространения нелинейных акустических волн в задачах медицинского ультразвука и в некоторых приложениях аэро- и подводной акустики» Вестник Московского университета. Серия 3: Физика. Астрономия, 80, № 1, с. 2520301 (2025)

Рассматриваются численные алгоритмы, используемые для решения эволюционных уравнений нелинейной акустики, таких как уравнение Бюргерса, уравнение Хохлова–Заболотской–Кузнецова (ХЗК), однонаправленное уравнение Вестервельта. Представлены основные результаты, полученные с помощью разработанных численных моделей при исследовании распространения интенсивных звуковых волн в различных средах. В частности, рассмотрены примеры решения задач медицинского ультразвука, нелинейной аэроакустики и нелинейной гидроакустики. Обсуждается обобщение однонаправленных моделей на случай присутствия неоднородностей среды с использованием методов широкоугольного параболического приближения в трехмерных задачах.

Тукмаков Д.А. «Численное моделирование взаимодействие ударной волны с газовзвесью с периодическим распределением концентрации дисперсной фазы» Вестник Воронежского государственного университета (ВГУ). Серия Физика. Математика, № 3, с. 72-82 (2024)

Представлена численная модель распространения ударной волны в газовзвеси. Представлены одномерные и двухмерные математические модели динамики запыленных сред. Математические модели реализовывали континуальную методику моделирования динамики неоднородных сред –для каждой из компонент смеси решалась полная гидродинамическая система уравнений движения. Несущая среда описывалась как вязкий, сжимаемый теплопроводный газ. Математическая модель учитывала обмен импульсом и теплообмен между компонентами смеси. Уравнения математической модели решались явным конечно-разностным методом Мак-Кормака для получения монотонного решения применялась схема нелинейной коррекции. Было выявлено, что в случае периодического распределение концентрации дисперсной компоненты, при прохождении ударной волны по газовзвеси происходит формирование физических полей несущей среды и дисперсной компоненты с периодической структурой. Ключевые слова: метод конечных разностей, нелинейная коррекция, уравнение Навье–Стокса, многофазные среды, ударные волны

Шабров С.А., Бахтина Ж.И., Гридяева Т.В., Плетнева О.К., Папченко Н.Г. «Об одной математической модели свободных колебаний вязкоупругой струны с внутренними особенностями» Вестник Воронежского государственного университета (ВГУ). Серия Физика. Математика, № 1, с. 54-61 (2025)

Представлено исследование построенной в соответствии с наследственной теорией ползучести математической модели свободных колебаний вязкоупругой стилтьесовской струны, причем допускается наличие внутренних особенностей объекта, приводящих к потере гладкости у решения. Используется интегральное уравнение Вольтерра, традиционно связывающее ползучесть и релаксацию в теории вязкоупругости. Считаем, что материал струны подчиняется линейному закону ползучести. Возникающее уравнение трактуется поточечно. Получено решение поставленной задачи с применением метода Фурье. Ключевые слова: реология, теория наследственной ползучести, ползучесть, релаксация, вязкоупругая струна, модель свободных колебаний струны, ряд Фурье, начально-краевая задача.

Шабров С.А., Бахтина Ж.И., Гридяева Т.В., Плетнева О.К., Папченко Н.Г. «Об одной математической модели свободных колебаний вязкоупругой струны с внутренними особенностями» Вестник Воронежского государственного университета (ВГУ). Серия Физика. Математика, № 1, с. 54-61 (2025)

Представлено исследование построенной в соответствии с наследственной теорией ползучести математической модели свободных колебаний вязкоупругой стилтьесовской струны, причем допускается наличие внутренних особенностей объекта, приводящих к потере гладкости у решения. Используется интегральное уравнение Вольтерра, традиционно связывающее ползучесть и релаксацию в теории вязкоупругости. Считаем, что материал струны подчиняется линейному закону ползучести. Возникающее уравнение трактуется поточечно. Получено решение поставленной задачи с применением метода Фурье. Ключевые слова: реология, теория наследственной ползучести, ползучесть, релаксация, вязкоупругая струна, модель свободных колебаний струны, ряд Фурье, начально-краевая задача.

Чиглинцев И., Лепихин С. «К вопросу о неустойчивости пузырьков газа в жидкости к дроблению при воздействии слабой волной давления» Вестник Пермского университета. Серия: Физика, № 4, с. 64-71 (2024)

На основе численного моделирования рассматривается динамика волны давления в пузырьковой жидкости в цилиндрическом и коническом каналах. Анализируется склонность пузырьков газа к дроблению за фронтом волны из-за развития неустойчивости Рэлея–Тейлора и Кельвина–Гельмгольца. В первом случае критерием неустойчивости пузырьков выступает число Бонда, во втором – число Вебера. Выявлено, что при одинаковом начальном состоянии пузырьковой системы разрушение пузырьков из-за неустойчивости Рэлея–Тейлора может происходить при меньших амплитудах воздействующей волны давления, чем по механизму неустойчивости Кельвина–Гельмгольца. Показана возможность дробления пузырьков в сужающемся канале волнами давления малой амплитудой, которые при распространении в цилиндрическом канале не изменяют дисперсность газовой фазы. Установлена максимальная пороговая дисперсность смеси, при которой дробление пузырьков волнами рассмотренной амплитуды не происходит.