Лаборатория №2

Аэроакустика и вибрации

1. Новые модели турбулентности, новые методы расчета шума, вибрации:

- Существующие модели турбулентности и их адаптация к теориям генерации шума. Методы расчета шума струй для двигателя малой степени двухконтурности.

2. Акустика сверхзвуковых самолетов:

2.1. Развитие численных методов повышенной точности для решения задач аэроакустики. 2.2. Исследование влияния падающего акустического излучения на отклик деформируемых элементов конструкций.

1. Проведен обзор моделей турбулентности применительно к механизмам генерации шума турбулентными струями. Проведенный анализ литературы показал, что рассмотренные подходы в моделировании источников звукового излучения в турбулентной струе дают основу для дальнейшего развития теоретических представлений и практических приложений в области снижения шума высокоскоростными потоками. Предполагается, что эти подходы будут востребованы на следующих этапах проекта. В частности, предполагается развитие представлений о механизме генерации шума на основе имеющихся корреляционных моделей источников звука в турбулентной струе. В этом направлении у участников проекта имеется существенный теоретический и экспериментальный задел, который позволит решить отмеченные в обзоре нерешенные проблемы. Кроме того, сделан вывод о перспективности применения развитых методов лагранжевой механики полевых систем для достижения более глубокого понимания физических процессов в турбулентных течениях, приводящих к генерации акустического излучения.

2. Проведен обзор методов расчета шума высокоскоростных струй, включая одиночные струи и струи с разной степенью двухконтурности. Обзор последних результатов в области численного моделирования шума струй двухконтурных двигателей показал, что главным образом исследовались струи для двигателей с достаточно большой степенью двухконтурности (5…8), характерной для двигателей дозвуковых гражданских самолетов. Успешное применение методов численного моделирования к подобным задачам позволяет сделать вывод о том, что аналогичный подход может быть применен на следующих этапах проекта для моделирования шума струй для двигателя малой степени двухконтурности (менее 4…5) применительно к СПС. Для этого результаты численного моделирования должны быть валидированы на основе экспериментальных данных для высокоскоростных струй, которые также будут получены в рамках проекта. Отдельной ветвью методов расчета шума струй являются полуэмпирические методы, разработка которых в некотором смысле является более простой задачей по сравнению с разработкой численных методов расчета шума струи. Проведенный анализ литературы показывает, что имеется значительное число таких полуэмпирических моделей, однако они имеют либо ограниченную применимость для некоторого диапазона параметров струй, либо сравнительно невысокую точность. Сделан вывод о необходимости дальнейшей разработки полуэмпирических моделей шума двухконтурных струй с целью их уточнения и увеличения диапазона параметров струй, где эти модели применяются.

3. Сформирован набор наиболее эффективных математических моделей, обеспечивающих вихреразрешающее численное моделирование решаемых в НЦМУ задач. На основе оригинальных реберно-ориентированных схем повышенной точности для неструктурированных сеток сформулирован численный метод расчета распределенного источника аэродинамического шума в ближнем поле турбулентного течения. Применительно к решаемым задачам сформулирован алгоритм расчета дальнего акустического поля на основе интегрального метода Фокса-Вилльямса и Хоукингса (ФВХ).

4. Рассмотрена задача о вибрациях панели пилона самолета, находящейся в непосредственной близости к соплу двигателя, в ближнем поле струи — там, где акустическое воздействие на конструкцию самолета максимально. Описана методика расчетов: геометрическое моделирование панели пилона крыла самолета, построение расчетной сетки, выбор граничных условий, задание нагрузки. Рассмотрена линейная модель конструкции и модели с учетом геометрической и физической нелинейностей конструкции и с учетом конструкционного демпфирования. Согласно полученным значениям перемещений и напряжений сделан вывод о необходимости учета геометрической и физической нелинейности при расчете на прочность конструкций, находящихся в ближнем поле струи.

---

Новые модели турбулентности, новые методы расчета шума, вибрации:
Исследование механизмов турбулентности в высокоскоростных потоках. Предсказательная теория генерации шума струй.

Проведен обзор литературы по механизмам генерации шума турбулентными струями при различных скоростях истечения. Проведен анализ вторичного излучения, связанного с взаимодействием мелкомасштабных квадрупольных источников со средним течением турбулентной струи, и его влияния на азимутальную структуру звукового излучения

Развитие предсказательной теории генерации шума струй. Результаты численного моделирования акустики струйных течений. Оценка влияния турбулентного потока на акустические нагрузки и шум. Методы оценки акустических нагрузок.

---

Новые модели турбулентности, новые методы расчета шума, вибрации:
Проведение вихреразрешающих расчётов турбулентных струй, в том числе турбулентного течения из двухконтурного сопла двигателя с трансзвуковым и сверхзвуковым выходом. Влияние струи на акустические нагрузки на поверхности СПС.

Выбраны геометрии двухконтурных сопел с трансзвуковым и сверхзвуковым выходом. Построены предварительные неструктурированные сетки для этих геометрий. Проведены предварительные расчеты для определения средних характеристик течений с целью выбора параметров неструктурированных сеток большого объема для последующего расчета аэроакустических характеристик струй.

Развитие предсказательной теории генерации шума струй. Результаты численного моделирования акустики струйных течений. Оценка влияния турбулентного потока на акустические нагрузки и шум. Методы оценки акустических нагрузок.

---

Новые модели турбулентности, новые методы расчета шума, вибрации:
Влияние структуры турбулентного пограничного слоя и ближнего поля турбулентной струи на акустические нагрузки и шум внутри салона СПС. Исследование звукоизоляции гибридных КСС конструкций.

Проведен обзор литературы по исследованию влияния турбулентного пограничного слоя на шум в салоне самолета. Разработан подход к измерению звукоизоляции негабаритных гибридных КСС конструкций.

Развитие предсказательной теории генерации шума струй. Результаты численного моделирования акустики струйных течений. Оценка влияния турбулентного потока на акустические нагрузки и шум. Методы оценки акустических нагрузок.

---

Акустика сверхзвуковых самолетов: Развитие моделей вихреразрешающего моделирования нестационарных турбулентных течений

Реализована поправка на кривизну линий тока в вихреразрешающих моделях для пристеночных областей турбулентных течений применительно к расчету шума обтекания. Необходимость такой поправки связана с тем, что кривизны линий тока могут оказывать существенное воздействие на турбулентность.

Модели вихреразрешающего моделирования

---

Акустика сверхзвуковых самолетов:

- Учет физической и геометрической нелинейности конструкции. Исследование прочностных свойств деформируемых конструкций под влиянием длительного воздействия акустических волн. Определение усталостных характеристик конструкций.

Выбраны конфигурации задач для рассмотрения в рамках исследований вибрационного отклика конструкций элементов летательного аппарата на падающее интенсивное акустическое поле с учётом геометрической формы конструкции. Согласованы требуемые параметры ближнего поля для проведения оценок вибрационного отклика. Проведен краткий обзор исследований по задаче моделирования вибраций зданий и сооружений от воздействия звукового удара.

Результаты исследований вибрационного отклика конструкций элементов летательного аппарата на падающее интенсивное акустическое поле с учётом геометрической формы конструкции.

---