Диссертация на соискание учёной степени доктора
физико-математических наук. — Институт теоретической и прикладной
механики им. С.А. Христиановича. — Новосибирск, 2014. — 219 с.
Специальность 01.02.05 - Механика жидкости, газа и плазмы
Цель работы заключается в решении актуальных
проблем поиска эффективных управляющих воздействий для транспортных
авиационных систем на трансзвуковых режимах обтекания,
характеризующихся наличием сверхзвуковой зоны и замыкающего
скачка.
Научная новизна работы
Впервые для двухскачковых режимов численно исследована эволюция ударно-волновой структуры при энерговыделении, значительно изменяющем аэродинамические характеристики крылового профиля.
Впервые найден набор критериев, позволяющий прогнозировать возникающие режимы течения при подводе энергии.
Показано, что эффективность воздействия определяется не полной подведенной мощностью, а ее плотностью.
Впервые показано, что требованию целенаправленного вложения энергии отвечают узкие зоны, прилегающие к поверхности профиля.
Установлено, что оптимальное положение зон для снижения волнового сопротивления при симметричном подводе находится между миделем и замыкающим скачком; для повышения подъемной силы – в дозвуковой зоне на нижней стороне профиля.
Показано, что при симметричном подводе энергии возможно снижение
волнового сопротивления до 60 %; при несимметричном подводе – увеличение
аэродинамического качества до 20 %; при этом подводимая мощность составляет
10 – 100 % мощности сил сопротивления.
Впервые установлено, что при подводе энергии возможны резонансные изменения аэродинамических характеристик.
Таким образом, результаты диссертации представляют важное научное достижение в области газодинамики трансзвукового обтекания поверхностей при наличии локальной сверхзвуковой зоны и замыкающего скачка при импульсном периодическом подводе энергии.
Практическая ценность работы
Для двухскачковых режимов трансзвукового обтекания крылового профиля найдена область параметров импульсного периодического подвода энергии, в которой возможно его значительное влияние на аэродинамические характеристики профиля. Это позволяет резко сузить рамки будущих исследований, имеющих конкретные цели.
Для двухскачковых режимов обтекания крылового профиля найдена область параметров, в которой возможно улучшение аэродинамических характеристик. Это можно использовать при создании активных управляющих источников энергии и принятии решений в случае возникновения внешних источников энергии.
Найдены критерии, позволяющие быстро оценить возможность значительного влияния источника энергии на аэродинамические характеристики крылового профиля. Они могут быть использованы при создании систем быстрого реагирования в режиме реального времени. Областью применения критериев может быть исследование трансзвукового обтекания любых тел конечной протяженности при периодическом подводе энергии, если исходная структура течения характеризуется наличием сверхзвуковой зоны и замыкающего скачка. Содержание:
Введение
Состояние и тенденции развития научного направления, связанного с изучением управления обтеканием различных тел с помощью внешнего подвода энергии
Постановка задачи и верификация численного метода
Применение критериального анализа для двухскачковых режимов трансзвукового обтекания аэродинамического профиля
Численное моделирование локального импульсного подвода энергии. Мгновенный объемный подвод энергии в зонах компактной формы
Исследование влияния импульсного энергоподвода в узких, протяженныхзонах, прилегающих к поверхности профиля, на структуру течения и аэродинамические характеристики профиля
Влияние свойств энергоисточника и физических свойств газа на трансформацию ударно-волновых структур при локальном подводе энергии
Заключение
Литература
Научная новизна работы
Впервые для двухскачковых режимов численно исследована эволюция ударно-волновой структуры при энерговыделении, значительно изменяющем аэродинамические характеристики крылового профиля.
Впервые найден набор критериев, позволяющий прогнозировать возникающие режимы течения при подводе энергии.
Показано, что эффективность воздействия определяется не полной подведенной мощностью, а ее плотностью.
Впервые показано, что требованию целенаправленного вложения энергии отвечают узкие зоны, прилегающие к поверхности профиля.
Установлено, что оптимальное положение зон для снижения волнового сопротивления при симметричном подводе находится между миделем и замыкающим скачком; для повышения подъемной силы – в дозвуковой зоне на нижней стороне профиля.
Показано, что при симметричном подводе энергии возможно снижение
волнового сопротивления до 60 %; при несимметричном подводе – увеличение
аэродинамического качества до 20 %; при этом подводимая мощность составляет
10 – 100 % мощности сил сопротивления.
Впервые установлено, что при подводе энергии возможны резонансные изменения аэродинамических характеристик.
Таким образом, результаты диссертации представляют важное научное достижение в области газодинамики трансзвукового обтекания поверхностей при наличии локальной сверхзвуковой зоны и замыкающего скачка при импульсном периодическом подводе энергии.
Практическая ценность работы
Для двухскачковых режимов трансзвукового обтекания крылового профиля найдена область параметров импульсного периодического подвода энергии, в которой возможно его значительное влияние на аэродинамические характеристики профиля. Это позволяет резко сузить рамки будущих исследований, имеющих конкретные цели.
Для двухскачковых режимов обтекания крылового профиля найдена область параметров, в которой возможно улучшение аэродинамических характеристик. Это можно использовать при создании активных управляющих источников энергии и принятии решений в случае возникновения внешних источников энергии.
Найдены критерии, позволяющие быстро оценить возможность значительного влияния источника энергии на аэродинамические характеристики крылового профиля. Они могут быть использованы при создании систем быстрого реагирования в режиме реального времени. Областью применения критериев может быть исследование трансзвукового обтекания любых тел конечной протяженности при периодическом подводе энергии, если исходная структура течения характеризуется наличием сверхзвуковой зоны и замыкающего скачка. Содержание:
Введение
Состояние и тенденции развития научного направления, связанного с изучением управления обтеканием различных тел с помощью внешнего подвода энергии
Постановка задачи и верификация численного метода
Применение критериального анализа для двухскачковых режимов трансзвукового обтекания аэродинамического профиля
Численное моделирование локального импульсного подвода энергии. Мгновенный объемный подвод энергии в зонах компактной формы
Исследование влияния импульсного энергоподвода в узких, протяженныхзонах, прилегающих к поверхности профиля, на структуру течения и аэродинамические характеристики профиля
Влияние свойств энергоисточника и физических свойств газа на трансформацию ударно-волновых структур при локальном подводе энергии
Заключение
Литература