Дубень А.П., Козубская Т.К., Родионов П.В. «Численное моделирование и анализ акустического поля, создаваемого крылом прототипа сверхзвукового пассажирского самолета на режиме посадки» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 16–21 сентября 2024 г. Сборник тезисов, с. 220-221 (2024)

В настоящее время, в том числе в России, существуют несколько проектов, нацеленных на создание сверхзвукового пассажирского самолета (СПС) с низким уровнем звукового удара. Высокий приоритет в рамках данных проектов, помимо непосредственно минимизации интенсивности звукового удара на крейсерских режимах полета, имеют оптимизация аэродинамики планера для всех режимов полета и выбор параметров силовой установки. Так как разрабатываемый самолет является гражданским, важное значение приобретает также соответствие сертификационным требованиям ИКАО по шуму на местности. Как и в случае дозвуковых гражданских самолетов, наибольший источник шума СПС при взлете будет связан с работой силовой установки. По предварительным оценкам и на режиме посадки доминирующие источники шума СПС будут связаны с силовой установкой, хотя для современных дозвуковых самолетов существенный вклад в общий шум на посадке вносят и элементы планера, такие как шасси и органы механизации крыла. Целью настоящей работы является получение и анализ спектрального состава шума крыла СПС на режиме посадки в дальнем и ближнем полях. Представлены результаты численного моделирования аэродинамики крыла прототипа СПС на режиме посадки и создаваемого им акустического поля.

Аксенов А.А., Клименко Д.В., Радостин А.В., Тимушев С.Ф. «Верификация акустико-вихревой модели на задаче генерации шума при обтекании цилиндра турбулентным потоком» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 16–21 сентября 2024 г. Сборник тезисов, с. 109-11 (2024)

Всё более широкое развитие в оптимизации акустических характеристик лопаточных машин получают подходы, основанные на численном моделировании генерации шума нестационарным потоком методами вычислительной гидродинамики и акустики, например, LES с последующим определением акустического излучения. В сочетании с аэроакустической аналогией развиваются и другие методы, например, RANS+LEE+SNGR, а также DDES совместно с решением уравнения Лайтхила или Рибнера. В данной работе рассматривается задача тестирования программного обеспечения на примере обтекания цилиндра турбулентным потоком.

Александров А.В., Дородницын Л.В. «Методика моделирования отраженных акустических волн при взаимодействии турбулентного следа с выпуклым профилем» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 16–21 сентября 2024 г. Сборник тезисов, с. 112-113 (2024)

Представлена и исследована методика моделирования акустических волн, возникающих в результате рассеяния турбулентного следа на выпуклом криволинейном препятствии. Методика основана на генерации искусственного турбулентного поля с заданными характеристиками на основе оригинального метода тензорной фильтрации белого шума

Беляев И.В., Бычков О.П., Копьев В.Ф., Миронюк И.Ю., Фараносов Г.А., Чернышев С.А. «Экспериментальное исследование и анализ численного моделирования шума нагретых дозвуковых и сверхзвуковых струй» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 16–21 сентября 2024 г. Сборник тезисов, с. 145-147 (2024)

Исследование шума турбулентных струй продолжается уже около 70 лет, однако общепринятая теория процесса шумообразования до сих пор отсутствует. При этом особый интерес представляет исследование шума нагретых струй, поскольку именно при таких условиях работают настоящие реактивные двигатели. В большинстве экспериментальных исследований в заглушенных камерах и при построении соответствующих моделей источников шума, ввиду сложности организации процесса подогрева, рассматривались изотермические, так называемые «холодные» струи. Поэтому, хотя для нагретых струй накоплен определенный экспериментальный материал и выявлены основные тенденции влияния температуры на их акустические характеристики, степень детализации проведенных исследований остается весьма низкой по сравнению с таковой для холодных струй. В рамках модернизации уникальной научной установки «Заглушенная камера с потоком АК-2» ФАУ «ЦАГИ», проведенной в 2021–2023 гг. реализована возможность детального исследования характеристик шума струй в широком диапазоне скоростей их истечения и температур нагрева

Карабасов С.А. «Низкоразмерные модели и подходы к идентификации источников шума в задачах аэроакустики» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 16–21 сентября 2024 г. Сборник тезисов, с. 36 (2024)

Задача управления источниками шума с целью его минимизации без ухудшения базовых аэродинамических характеристик является практически значимой в большинстве прикладных исследований. Фундаментальность этой задачи заключается в том, что локализация части решения нелинейных уравнений, описывающих турбулентные режимы течения, которая содержит в себе свойства эффективного источника звука, воздействующего на шум в дальнем поле является нетривиальным. Благодаря развитию компьютерных технологий и вихреразрешающих подходов накоплены базы данных решений с достаточным пространственно-временным разрешением для подробного анализа ряда задач аэроакустики. Тем не менее, непосредственное использование таких решений в рамках оптимизационного цикла для улучшения аэроакустических характеристик изделий остаётся за гранью возможности. В этой связи проблема выделения и анализа эффективных механизмов шума, а также построения соответствующих низкоразмерных моделей является острой. Представлен опыт автора и его коллег по анализу аэроакустических решений и построению низкоразмерных моделей как на основе классических аналитических способов декомпозиции решения на линейную и нелинейную часть, типа акустической аналогии, так и с использованием подходов машинной обработки цифровых данных. В качестве примеров будут рассмотрены задачи о шуме турбулентной струи и шуме кромки крыла.

Копьев В.Ф. «Разработка и валидация математических моделей и вычислительных алгоритмов в аэроакустике (проект РНФ – лаборатории №2171-30016)» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 16–21 сентября 2024 г. Сборник тезисов, с. 37-44 (2024)

Отечественная авиационная промышленность остро нуждается в разработке и применении надежных методов моделирования шума самолета и его элементов. Особенностью аэроакустических задач является то, что одним из основных аэродинамических источников звука является турбулентность, для которой до сих пор не имеется исчерпывающего описания. Поэтому, при построении математических и/или численных моделей аэроакустики принципиальным моментом становятся проблемы соответствия получаемых решений физической, математической или инженерной задаче. В проекте рассматриваются основные задачи аэроакустики, которые на протяжении многих лет решаются в аэроакустическом центре ЦАГИ: шум турбулентных струй, шум взаимодействия струи и крыла, дифракция аэроакустических источников на элементах планера самолета, шум обтекания элементов планера (шасси и крыло), прохождение возмущений, возникающих в турбулентном пограничном слое, через панель фюзеляжа в салон, проблема оптимизации звукопоглощающих конструкций (ЗПК) в каналах двигателя, шум вертолетных и самолетных винтов. Для каждого направления проанализирован математический подход к задаче, дан анализ существующего численного инструментария, включающий разработку или доработку имеющихся расчетных методов, и проведена исчерпывающая валидация имеющихся вычислительных подходов, от решения полных исходных уравнений до полуэмпирических моделей. Для валидации использованы уникальные возможности аэроакустической лаборатории ЦАГИ. Помимо постановки экспериментов с использованием экспериментальной базы ЦАГИ, для валидации использованы имеющиеся в лаборатории данные, полученные сотрудниками центра на самых известных крупномасштабных акустических установках мира (DNW NWB и DNW LLF, CARDC FL-17, NTF QinetiQ, DLR AWB), а также в акустическом летном эксперименте.

Шур М.Л., Стрелец М.Х., Травин А.К. «Применение зонного RANS-LES подхода к расчету шума вентилятора двухконтурных турбореактивных авиадвигателей» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 16–21 сентября 2024 г. Сборник тезисов, с. 55-60 (2024)

Приведены обзор и некоторые новые результаты исследований, направленных на решение кратко описанных выше проблем, которые проводятся в Санкт-Петербургском политехническом университете Петра Великого на протяжении нескольких последних лет.

Войтишина М.С., Шевяков В.И., Денисов С.Л., Остриков Н.Н. «Практическая реализация оптимизационных процедур по снижению шума на местности для самолёта транспортной категории на взлётно-посадочных режимах» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 16–21 сентября 2024 г. Сборник тезисов, с. 201-203 (2024)

В связи с ужесточением экологических требований к перспективным ВС, в том числе по шуму на местности в контрольных точках сертификации, перед разработчиками встает вопрос об учете требований по акустике в процессе разработки новых моделей ВС и модернизации существующих.

Милешин В.И., Россихин А.А. «Исследование различных подходов к расчету тонального шума лопаточных машин» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 16–21 сентября 2024 г. Сборник тезисов, с. 458 (2024)

Основными источниками тонального шума современных авиационных двигателей являются лопаточные машины – вентилятор, подпорные ступени компрессора низкого давления, турбина низкого давления. В простейшем случае задачу расчета тонального шума можно свести к расчету взаимодействия рабочего колеса и спрямляющего аппарата (вентилятор). Однако, такие лопаточные машины, как подпорные ступени или турбина низкого давления, обычно содержат несколько ступеней. Даже в случае вентилятора при расчете шума иногда надо учитывать взаимодействие рабочего колеса с силовыми стойками. Наиболее простой подход к расчету тонального шума турбомашины – это прямой нестационарный расчет во всех межлопаточных каналах каждого венца, однако, он является очень затратным по вычислительным ресурсам, в случае если число венцов заметно больше двух. Одним из возможных подходов к ускорению расчета является переход от расчета эволюции поля течения во времени к стационарному расчету для конечного набора полей гармоник. Гармонические методы доказали свою эффективность в применении к расчетам тонального шума вентиляторов, где они позволяют сократить расчетную область до одного межлопаточного канала на каждый венец. Также в ряде работ, было показано, что гармонические методы позволяют провести приближенный расчет тонального шума многоступенчатой турбомашины с приемлемой точностью и вычислительными затратами. При этом расчет в частотной области, как для одноступенчатых, так и для многоступенчатых турбомашин, может проводиться как в линейной, так и в нелинейной постановке. Другой возможный подход состоит в использовании граничных условий, обеспечивающих обобщенную периодичность решения. Расчет проводится во временной области, однако расчетная область ограничена одним или несколькими (в случае многоступенчатой турбомашины) межлопаточными каналами. На границах этих межлопаточных каналов ставятся специальные горничные условия, определяемые имеющимися предположениями о спектре (модальном составе в случае многоступенчатой турбомашины) излучения. Данные подходы реализованы в рамках численного метода, разработанного в ЦИАМ. Метод базируется на решении линейных или нелинейных уравнений Эйлера для возмущений поверх вязкого стационарного среднего поля течения в системе отсчета вращающихся венцов. В рамках работы с использованием численного метода, разработанного в ЦИАМ, был проведено сопоставление результатов расчетов с использованием различных подходов на примере модельных задач. Сделаны выводы об относительной эффективности подход при решении различных классов задач.

Милешин В.И., Дружинин Я.М., Россихин А.А. «Расчетное исследование тонального шума модельного вентилятора с использованием гармонических методов» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 16–21 сентября 2024 г. Сборник тезисов, с. 461-462 (2024)

Доминирующий вклад в шум ТРДД вносит вентилятор. Одним из подходов к снижению шума вентилятора является снижение окружной скорости вентилятора. В данной работе исследуется тональный шум вентилятора со сверхнизкой окружной скоростью в передней и задней полусферах на режимах «набор высоты» и «взлет». В рамках работы с использованием численного метода, разработанного в ЦИАМ, был проведен расчет мощности излучения и построены диаграммы направленности излучения шума из воздухозаборника и сопла вентиляторной ступени для второй, третьей и четвертой гармоник частоты следования лопаток (первая гармоника не излучается в рамках использованной модели).

Рахматов Р.И. «Исследования шума автотранспортного средства при взаимодействии с набегающим потоком» Вычислительный эксперимент в аэроакустике и аэродинамике: Девятая российская конференция, г. Светлогорск Калининградской области, 16–21 сентября 2024 г. Сборник тезисов, с. 363-367 (2024)

Неотъемлемой частью эксплуатации автотранспортного средства (АТС) является загородный режим движения со скоростями свыше 100 км/ч, при которых основной вклад во внутренний шум вносят аэроакустические источники шума. Анализ многих работ показывает, что аэроакустический и аэровиброакустический шум формируется: 1. Аэродинамическими вихрями (шум формы), возникающими при взаимодействии воздушного потока с автотранспортным средством. Этот шум присутствует во всем частотном диапазоне: от низких и средних частот, создаваемых в зонах передней части капота до высоких частот, создаваемых боковыми зеркалами, дворниками, антенной, стойкой А и другими поверхностями АТС; 2. Вследствие совпадения частот собственных колебаний стекла и аэродинамической нагрузки на стекло. Этот шум характеризуется низкими и средними частотами; 3. Вибрациями уплотнений. Высокочастотный шум; 4. Колебаниями структуры кузова и навесных компонентов. Основной вклад во внутреннем шум при взаимодействии набегающего потока вносит шум формы (около 80%), исследованию которого посвящена данная работа.