ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
|
ИСТИНА ПсковГУ |
||
Определение условий подавления и восстановления газовой детонации в каналах с препятствиями; анализ способов управления детонационным горением в сверхзвуковых потоках и особенностей реализации непрерывной и пульсирующей детонации в камерах сгорания различной формы; изучение эффектов фокусировки и кумуляции при взаимодействии ударных волн с газовыми неоднородностями; анализ взаимодействия ударных волн с препятствиями, пограничными слоями и плазменными образованиями; определение аэродинамических характеристик тел при наличии локализованного энерговклада и неоднородностей в сверхзвуковом набегающем потоке; анализ устойчивости сверхзвуковых и трансзвуковых течений при различных воздействиях.
Actual problems of gas dynamics of fast processes and high-speed flows with energy input are considered: control of detonation combustion in supersonic flows; gas detonation in the channels and combustion chambers of complex configuration; quasi-stationary and pulsating flows in a compact traction module of an original design with an annular nozzle and resonator; stimulation of combustion of hydrocarbon gas mixtures; restructuring of supersonic flow past bodies in the presence of a localized energy deposition and inhomogeneities in the incident flow; focusing and cumulation of shock waves; the interaction of shock waves with gas inhomogeneities and obstacles; bifurcation of shock waves in interaction with the boundary layer and plasma formations; stability of supersonic and transonic flows under various influences.
1. Будут получены новые результаты по быстропротекающим процессам горения и детонации в газовых смесях: определены условия подавления и восстановления газовой детонации в каналах с препятствиями различной конфигурации; выполнен анализ ячеистых, спиновых и более сложных трехмерных детонационных структур; определены условия реализации детонации в сверхзвуковых потоках и камерах сгорания различной конфигурации, в том числе в стационарном, вращающемся и пульсирующем режимах; предложены новые способы стимулирования воспламенения метана. 2. Будут получены новые экспериментальные и расчетные результаты по характеристикам пульсирующих и квазистационарных течений в оригинальном компактном тяговом модуле с кольцевым соплом и резонатором, которые могут быть использованы при разработке воздушно-реактивных двигателей, в том числе для малогабаритных летательных аппаратов; 3. Будут получены новые результаты по взаимодействию ударных волн с препятствиями и неоднородностями: выполнен анализ эффектов фокусировки и кумуляции при взаимодействии ударных волн с газовыми пузырями, в том числе для химически-реагирующих пузырей; определены характеристики преломления и отражения ударных волн при взаимодействии с препятствиями различной конфигурации, в том числе для газов со сложной молекулярной структурой и при наличии плазменных образований вблизи поверхности. 4. Будут получены новые результаты по сверхзвуковому обтеканию тел при наличии энерговклада и неоднородностей, локализованных в набегающем потоке: определены характеристики передних отрывных зон и величина снижения сопротивления при различных числах Маха набегающего потока; выполнен анализ кумулятивного воздействия при столкновении тел с газовыми пузырями; получены данные по стационарному и импульсному силовому воздействию на тела различной формы, а также ударному воздействию на отдельные участки поверхности тел. 5. Будут получены новые результаты по устойчивости течений в трансзвуковых пограничных слоях: определены диапазоны устойчивости при различных воздействиях; предложено объяснение наблюдающимся на практике эффектам, например, transonic buffet.
НИР является непосредственным продолжением исследований, выполнявшихся в НИИ механики МГУ на протяжении многих лет в рамках госбюджетной тематики под руководством академика В.А. Левина. За прошедшие годы разработаны оригинальные программы (и комплекты программ) для расчета и визуализации быстропротекающих детонационных процессов и течений с ударными волнами и в газовых средах, внедрены уникальные экспериментальные установки. Результаты опубликованы в сотнях статей в российских и зарубежных журналах (таких как «Механика жидкости и газа», «Физика горения и взрыва», «Теплофизика высоких температур», «Письма в ЖТФ», «ПМТФ», «ПММ», “Shock Waves”, “Combustion Science and Technologies” и других). Коллектив лаборатории неоднократно выполнял исследования по грантам РФФИ, Президента Российской Федерации (гранты для поддержки научных школ и молодых ученых), РНФ, в рамках целевых программ РАН и хоздоговоров. За последние 10 лет по теме защищено две кандидатские и одна докторская диссертация. За вклад в развитие теории газовой детонации руководитель темы В.А. Левин награжден золотой медалью ICDERS (International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems) в 2013 г. и премией имени Г.Г. Черного Российского Национального комитета по теоретической и прикладной механике РАН в 2015 г. Молодые сотрудники лаборатории И.С. Мануйлович и О.Г. Сутырин также удостоены различных премий, а доклад О.Г. Сутырина признан лучшим в подсекции на XII Всероссийском съезде по фундаментальным проблемам теоретической и прикладной механики (2019).
госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. | Газодинамика быстропротекающих процессов и высокоскоростных течений с энерговкладом |
Результаты этапа: 1. Стимулирование распространения детонации в водородно-воздушных смесях с частичной предварительной слабой диссоциацией компонент. Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Журавская Т.А. Рассматривалось распространение детонации в покоящейся стехиометрической водородно-воздушной смеси в полубесконечном плоском канале с параллельными стенками при инициировании у закрытого конца канала. Численное исследование выполнено в рамках современной детализированной кинетической модели на подробных сетках с разрешением ячеистых детонационных структур. Установлено, что предварительная подготовка смеси (диссоциация до 1.5% молекул водорода и кислорода до атомарного состояния) приводит к существенному уменьшению размера ячейки при небольшом увеличении скорости распространения самоподдерживающейся детонации. В расчетах отмечена способность детонации в предварительно подготовленных смесях преодолевать одиночный и множественные барьеры значительно бóльшей высоты. Таким образом, даже очень слабая в процентном отношении частичная предварительная диссоциация горючего и окислителя может быть использована для стимулирования распространения детонации в водородно-воздушной смеси. 2. Газовая детонация в трехмерных каналах и камерах сгорания. Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Мануйлович И.С., в.н.с. Марков В.В. Продолжены исследования развития газовой детонации в трехмерных прямоточных камерах сгорания для сверхзвуковых условий на входе. Расчеты выполнены с использованием оригинального программного комплекса в котором реализована модель построения расчетных сеток для сложных трехмерных геометрических конфигураций, в том числе и с подвижными элементами конструкции. Для описания химических реакций использовалась экономичная с вычислительной точки зрения модельная одностадийная кинетика для пропано-воздушных смесей. Решены задачи об инициировании и распространении детонации в закрученных и изогнутых камерах сгорания, а также в камерах с установленными внутри статорами с лопатками различной формы. Определены критические условия инициирования детонации для различных условий. Обнаружены режимы спиновой и галопирующей детонации. По результатам исследований защищена диссертации на соискание степени доктора физико-математических наук. 3. Квазистационарные и пульсирующие течения газа в оригинальном тяговом модуле ВРД с кольцевым соплом и дефлектором. Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Громов В.Г., с.н.с. Афонина Н.Е., в.н.с. Хмелевский А.Н., в.н.с. Смехов Г.Д. Выполнен очередной этап расчетно-экспериментальных исследований квазистационарных и пульсирующих режимов течения газа в оригинальном компактном осесимметричном тяговом устройстве с кольцевым соплом и дефлектором. Экспериментально установлены зависимости частоты и амплитуды пульсаций силы тяги и давления газа на тяговой стенке сопла от давления на входе и выходе сопла, от размера его критического сечения, а также формы дефлектора. Расчеты выполнены на основе уравнений Навье-Стокса для многокомпонентной реагирующей газовой среды с использованием химически неравновесной термохимической модели. Проведена верификация по результатам сравнения расчетного и измеренного спектра пульсаций давления газа на тяговой стенке кольцевого сопла. Показано, что управление основной доминирующей частотой пульсаций силы тяги и давления может осуществляться за счет пропорционального увеличения масштаба сопла, размера критического сечения, а также высоты дефлектора, независимо от противодавления в пространстве истечения. В результате обработки и анализа массива первичных данных (сигналов с датчика силы тяги), определены средние значения силы тяги, развиваемой кольцевым соплом в пульсирующем режиме истечении в пространство с малым противодавлением – 0.01 атм. В расчетах показано, что диапазон максимальных изменений сигналов силы тяги в пульсациях не превышает 10 % от величины среднего значения силы тяги. 4. Условия воспламенения метановоздушной смеси с добавками ацетилена с учетом механизмов цепного разветвления активных радикалов. В.н.с. Смехов Г.Д., в.н.с. Хмелевский А.Н., с.н.с Афонина Н.Е. Выполнено исследование воспламенения метоновоздушной смеси с добавками ацетилена. Окисление метана может происходить в двух режимах: высокотемпературное (быстрое) с механизмом разветвлённых цепных реакций и низкотемпературное (медленное) с механизмом вырожденного цепного разветвления радикалов. При численном моделировании использовалась система кинетических уравнений для многокомпонентного реагирующего газа, предложенная и применявшаяся ранее в НИИ механики МГУ. В расчетах определялись распределения во времени концентраций различных компонентов газа для заданного начального состава, давления и температуры газа. Признаком воспламенения горючей смеси считалось начало резкого уменьшения концентрации метана вследствие возникающих в горючей смеси цепных химических процессов. Временем индукции считалось время, при котором остаётся 1/10 часть его исходного количества. Установлено, что добавка ацетилена к метану заметно ускоряет воспламенение метана в области высокотемпературного окисления, определена температура, ограничивающая область быстрого окисления метана. 5. Фокусировка и кумуляция при столкновении затупленных тел с локализованными в набегающем сверхзвуковом потоке газовыми пузырями. НИИ механики МГУ, зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Георгиевский П.Ю, в.н.с. Сутырин О.Г. Выполнено численное исследование взаимодействия обтекаемых сверхзвуковым потоком затупленных тел с локализованными в набегающем потоке газовыми пузырями повышенной плотности. Изучен кумулятивный эффект возникновения аномальных всплесков давления в критической точке тела. В зависимости от параметров пузыря возможны случаи, когда проходящая по пузырю и огибающая его ударные волны фокусируются в очень малом объеме на оси симметрии. В пределе для режима Гудерлея давление в области фокусировки стремится к бесконечности, а плотность – к конечному значению, многократно превосходящему плотность за сильной ударной волной. Фокусировка тороидальной огибающей ударной волны может сопровождаться формированием тонких сверхзвуковых кумулятивных струй на оси симметрии течения (направленных вниз и вверх по потоку). Кроме того, отмечен эффект возникновения «газодинамического пробойника» в результате прорыва в ударный слой через деформированную головную ударную волну порции высоконапорного газа. Аномальный всплеск давления в критической точке тела определяется совместным воздействием трех факторов: кумулятивной струи, «газодинамического пробойника» и ударной волны, расходящейся от области фокусировки. 6. Иницирование детонации при взаимодействии ударных волн с реагирующими газовыми пузырями. Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Сутырин О.Г.. в.н.с. Георгиевский П.Ю. Выполнено численное исследование инициирования детонации при взаимодействии ударной волны с реагирующим эллипсоидальным пузырем газа в воздухе в двумерной плоской постановке. Реагирующий газовый пузырь был заполнен пропановоздушной смесью с добавками ксенона (отношение плотностей для газов внутри и вне пузыря составляло 3). Зафиксировано три качественно различных режима инициирования детонации: при проникновении падающей ударной волны внутрь пузыря (вблизи его передней границы); при преломлении огибающей пузырь падающей ударной волны (в тройной конфигурации на периферии газового пузыря); и при фокусировке огибающей ударной волны и проходящей по пузырю ударной волны в малом объеме вблизи задней границы пузыря. В проведенных расчетах для выбранного состава газа в пузыре показано, что за счет эффектов фокусировки число Маха падающей ударной волны, достаточное для инициирования детонации, может быть снижено примерно на 35% по сравнению с критическим числом Маха для прямого инициирования. Полученные новые результаты могут быть использованы для стимулирования детонации в газовых смесях. 7. Экспериментальное исследование развития нестационарного течения при падении ударной волны на сферу с тонкой иглой С.н.с. Фокеев В.П., инж. Гринь Ю.И. Продолжено экспериментальное исследование развития осесимметричного отрывного течения перед сферой с тонкой иглой при падении на него ударной волны со сверхзвуковым течением за ней. Эксперименты выполнялись в газах с различными показателями адиабаты (для воздуха, углекислого газа, аргона) в диапазоне чисел Маха падающей ударной волны 2,5 – 4. Проводилась визуализация взаимодействия падающей ударной волны с моделью при помощи теневого прибора ТЕ 19 (поле зрения диаметром 150 мм) и цифровой камеры DICAM-Pro в режиме регистрации двух кадров съемки в эксперименте. Контроль процесса распространения ударной волны по ударной трубе и определение ее скорости проводились с помощью семи пьезодатчиков, расположенных вдоль трубы. На начальном этапе наблюдалась бифуркация отраженной ударной волны при взаимодействии с пограничным слоем на тонкой игле, сопровождающаяся развитием растущей конической передней отрывной зоны в сверхзвуковом набегающем потоке, сформированном падающей ударной волной. На завершающем этапе происходила стабилизация картины течения с постепенной трансформацией отрывной зоны. 8. Автомодельные режимы отрицательного маховского отражения при дифракции ударной волны на клине В.н.с. Георгиевский П.Ю., асп. Максимов А.Н. Численно исследована структура течений для автомодельных режимов отрицательного маховского отражения при дифракции ударной волны на клине. При отрицательном отражении падающая и отраженная ударные волны расположены по разные стороны от прямолинейной траектории движения тройной точки. Для показателя адиабаты 1.13 и числа Маха 5 при увеличении угла клина последовательно реализуются режимы двойного, тройного и многократного маховского отражения. При многократном маховском отражении (новый режим) появляются дополнительные тройные конфигурации, наличие которых обеспечивает возможность прохода сверхзвуковой газовой струи в узкое «горло» вблизи поверхности клина. При этом в области растекания струй вблизи поверхности клина достигаются экстремальные параметры (давление в 150 раз превышает начальное), но температура остается умеренной (всего в 3 раза выше начальной). При увеличении угла клина режим многократного отражения сохраняется вплоть до перехода к регулярному отражению. При этом на завершающей стадии переход происходит резко, так что зависимость углов наклона траекторий движения тройных точек от угла клина имеет вертикальные касательные. Кроме того, отмечено подобие газодинамических структур при приближении к критическому углу перехода. 9. Поведение слабых возмущений, распространяющихся под углом к направлению невозмущенного течения в трансзвуковом пограничном слое над твердой плоской пластиной. В.н.с. Богданов А.Н. С использованием асимптотических моделей нестационарного свободного вязко-невязкого взаимодействия в трансзвуковом режиме скоростей рассмотрено поведение слабых возмущений течения, распространяющихся под углом к направлению скорости невозмущенного течения над плоской полубесконечной пластиной. Рассматриваемые в задаче возмущения течения выбраны гармоническими по времени и пространственным координатам в плоскости пластины и предполагаются имеющими общий вид по поперечной к поверхности координате. Получено дисперсионное соотношение, содержащее специальные функции Эйри. Для количественного анализа развития возмущений, распространяющихся в плоскости обтекаемой поверхности под углом к направлению невозмущенной скорости течения, существенным результатом явилось то обстоятельство, что дисперсионное соотношение можно переписать в виде аналогичного соотношения для прямых волн возмущений, введя в нем эффективный трансзвуковой параметр. Это означает, что развитие возмущения, распространяющегося под углом к скорости невозмущенного течения с заданными волновым числом и частотой, происходит так же, как и прямого возмущения, с теми же параметрами, только при другой (бóльшей) скорости течения. | ||
2 | 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. | Газодинамика быстропротекающих процессов и высокоскоростных течений с энерговкладом |
Результаты этапа: (Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Журавская Т.А.) Проведено численное исследование влияния предварительной подготовки стехиометрической водородно-воздушной смеси (частичной диссоциации молекулярного водорода и кислорода) на распространение детонационной волны в плоском канале при наличии массива барьеров, расположенных вблизи одной из его стенок. Определены характеристики течения и динамика ударно-волновых структур при взаимодействии детонационной волны с множественными барьерами в зависимости от протяженности области, занятой барьерами, их высоты и расстояния между ними. Установлено, что частичная начальная диссоциация горючего и окислителя может использоваться для предотвращения гашения детонации в каналах с подобными группами препятствий. Обнаружено, что получаемая в результате подготовки смесь отличается от начальной водородно-воздушной смеси не только существенно более мелкой ячеистой структурой детонационной волны, но и качественно иным характером восстановления детонации после взаимодействия с препятствиями. (Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Мануйлович И.С., в.н.с. Марков В.В.) Проведено численное исследование трехмерных течений с вращающейся детонацией в оригинальной камере сгорания с сопловым устройством и зазором между двумя параллельными пластинами, перпендикулярными вектору тяги. Для устройства с диаметром кольцевого сечения 70 мм показана возможность формирования многоголовой вращающейся детонации с количеством волн от 2-х до 6-ти. Численно показано, что увеличение диаметра кольцевого сечения приводит к пропорциональному увеличению максимального количества одновременно циркулирующих волн. Так, для устройства с диаметром кольцевого сечения 100 мм показана возможность формирования многоголовой вращающейся детонации с количеством волн до 8-ми включительно. При различном числе волн проанализирована структура течения и получены данные по тяговым характеристикам устройства. (Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Громов В.Г., с.н.с. Афонина Н.Е., в.н.с. Хмелевский А.Н.) Выполнен этап расчетно-экспериментальных исследований квазистационарных режимов течения газа в моделях кольцевых сопел с внутренним дефлектором в виде сферического сегмента. Собрана новая модель кольцевого сопла с диаметром основания сферического дефлектора 66.4 мм и уменьшенным (по сравнению с базовым значением 4.4 мм) значением критического сечения 2.9 мм. Импульсная аэродинамическая установка укомплектована аппаратурой для калибровки датчиков давления и силы. Проведены параметрические расчеты течения в полости реактивного двигателя с кольцевым соплом с использованием трехпараметрической модели турбулентного переноса. Базовые геометрические и газодинамические параметры численной модели близки к условиям проведенных в лаборатории физических экспериментов, а в качестве рабочего газа рассмотрен высокотемпературный воздух. Установлено, что во всех вариантах расчетов стартовые возмущения, связанные с процессом запуска сопла, затухали, и в полости соплового дефлектора в течение 2 мс устанавливался квазистационарный турбулентный режим течения с высокими значениями параметров турбулентного переноса. (В.н.с. Смехов Г.Д., в.н.с. Хмелевский А.Н., с.н.с. Афонина Н.Е.) Разработана оригинальная расчетная методика для определении задержек воспламенения в двухкомпонентных (по горючим) смесях метан-ацетилен-воздух и определены задержки воспламенения этих смесей вблизи нижних концентрационных пределов распространении (НКПР) пламени. Показано, что в ряде метано-ацетиленовых смесей в воздухе добавка ацетилена заметно ускоряет распад метана. Для полученных в эксперименте ближайших значений концентраций смесей метана с ацетиленом в воздухе на границе области НКПР (внутри и вне области распространения пламени) впервые получены расчетные значения минимальной температуры воспламенения указанных составов -- минимальной температуры высокотемпературного (быстрого) окисления метана. Указанные температуры и разработанная расчетная методика представляют интерес с точки зрения определения и обеспечения условий взрывобезопасности метано-ацетиленовых смесей в воздухе при взаимодействии с нагретыми телами -- источниками тепла. (Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Георгиевский П.Ю.) Выполнено численное исследование сверхзвукового обтекания тел различной формы (сферы, конуса и оживала) при наличии областей энерговклада, локализованных в набегающем потоке. Показано, что для затупленных тел с отошедшей головной ударной волной возможно развитие интенсивных расходных пульсаций передних отрывных зон. Установлено, что при удалении области энерговклада от тела наблюдается стабилизация течения. Для хорошо-обтекаемых тел с присоединенной головной ударной волной в определенных случаях также наблюдается формирование квазистационарных передних отрывных зон. Показано, что не только для затупленных, но и для хорошо-обтекаемых тел за счет формирования передних отрывных зон достигается значительное снижение волнового сопротивления (до 20-30%), и при этом эффективность (отношение сэкономленной и затраченной мощностей) изменяется обратно пропорционально площади поперечного сечения области энерговклада. (Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Сутырин О.Г., в.н.с. Георгиевский П.Ю.) Выполнено численное исследование инициирования детонации при взаимодействии распространяющейся по горючей газовой смеси ударной волны с эллиптическим пузырем тяжелого инертного газа (в плоской постановке). Обнаружены различные режимы детонационного воспламенения смеси: при отражении падающей ударной волны от передней границы пузыря и при фокусировке вторичных скачков уплотнения вблизи задней границы пузыря. Определена зависимость режима воспламенения смеси от числа Маха падающей волны и формы пузыря. Показано, что инициирование детонации при отражении падающей ударной волны от передней границы пузыря имеет место при ее достаточной интенсивности независимо от формы пузыря. При меньшей интенсивности падающей ударной волны происходит инициирование детонации в результате фокусировки вторичных скачков. Установлено, что за счет эффекта фокусировки критическое число Маха падающей волны, достаточное для инициирования детонации, может быть снижено примерно на 30%. (В.н.с. Сутырин О.Г., инж. Хабибуллин Р.Р.) Выполнено численное моделирование взаимодействия падающей ударной волны с газовым пузырем повышенной плотности, расположенным перед плоской стенкой. Изучены особенности преломления падающей ударной волны, формирования и фокусировки поперечных ударных волн, отражения ударных волн от плоскости симметрии течения и от стенки. Обнаружено, что в зависимости от определяющих параметров задачи реализуются качественно различные режимы течения (пред- и пост- кумулятивный), для которых фокусировка поперечных ударных волн на плоскости симметрии происходит, соответственно, до или после отражения падающей ударной волны от стенки. Показано, что наличие тяжелого пузыря перед стенкой многократно усиливает импульсную ударно-волновую нагрузку на нее. Определена зависимость пикового значения давления, достигаемого на стенке, от числа Маха падающей волны, плотности газа в пузыре и начального расстояния между пузырем и стенкой. (В.н.с. Богданов А.Н.) С использованием асимптотических моделей получены законы распространения ударных волн в среде с одномерной стратификацией температуры и плотности. Предложен аналитический подход к определению параметров нелинейного возмущения произвольной интенсивности (ударной волны), распространяющегося в газообразной среде с заданным распределением параметров (стратификацией), основанный на вычислении малого отклика определяющих процесс параметров на малое изменение параметров среды перед рассматриваемой волной. Показано, что процесс распространения ударной волны через слой стратификации принципиально определяется нелокальными воздействиями, зависящими от конкретного вида стратификации, и может приводить как к затуханию волны, так и к ее усилению. (В.н.с. Георгиевский П.Ю., асп. Максимов А.Н., с.н.с. Фокеев В.П.) Численно исследованы различные режимы нестационарного отрицательного маховского отражения ударных волн от клина при наличии возмущений, локализованных вблизи отражающей поверхности: тонкого слоя пониженной или повышенной плотности и одиночных крупномасштабных газовых пузырей. Показано, что при наличии тонкого слоя газа пониженной или повышенной плотности на достаточном удалении от носка клина формируется асимптотически автомодельная ударно-волновая структура. В широком диапазоне параметров сохраняется эффект образования внутренней трехударной конфигурации, соответствующей режиму «многократного маховского отражения». При взаимодействии с газовым пузырем перекрывается возвратная пристеночная струя, характерная для отрицательного маховского отражения и, соответственно, значительно изменяется ударно-волновая конфигурация по сравнению с автомодельным случаем. Однако на некотором расстоянии первоначальная структура течения восстанавливается. (С.н.с. Фокеев В.П.) Проведена подготовка экспериментов по дифракции ударной волны на клине при наличии неоднородностей вблизи его поверхности. Разработана и изготовлена диэлектрическая секции ударной трубы для организации в ней импульсного газового разряда. Спроектирован и изготовлен блок синхронизации газового разряда по сигналам пьезодатчиков, смонтированных вдоль канала ударной трубы. Проведена настройка диагностического комплекса для регистрации и визуализации ударно-волновых структур при дифракции ударной волны на клине: теневого прибора ТЕ 19 (поле зрения диаметром 150 мм) и цифровой камеры DICAM-Pro в режиме регистрации двух кадров съемки в эксперименте. | ||
3 | 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. | Газодинамика быстропротекающих процессов и высокоскоростных течений с энерговкладом |
Результаты этапа: 1. Численное исследование распространения детонационной волны в плоских каналах с препятствиями. Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Журавская Т.А. Выполнено численное моделирование распространения волны детонации в плоском канале, заполненном покоящейся стехиометрической водородно-воздушной смесью при нормальных условиях, при наличии серии барьеров малой высоты на одной из его стенок. Детонационная волна инициируется в начальный момент времени посредством сверхкритического подвода энергии около закрытого торца канала. Для решения уравнений газовой динамики, описывающих плоское двумерное нестационарное течение невязкой многокомпонентной реагирующей газовой смеси, использовалась явная разностная схема второго порядка точности по пространству и по времени, основанная на схеме С.К. Годунова. Для описания химического взаимодействия применялся современный детальный кинетический механизм окисления водорода, состоящий из 26 обратимых реакций. Определены условия сохранения, восстановления и срыва ячеистой детонации в зависимости от протяженности области с барьерами, высоты и количества барьеров. В частности, установлено, что в случае протяженной области с барьерами, высота которых близка к критической, но меньше ее, в ряде случаев для гашения детонации достаточно увеличить количество препятствий при прочих постоянных параметрах. С другой стороны, добавление озона в водородно-воздушную смесь приводит к увеличению критической высоты барьеров, что может использоваться для предотвращения срыва детонации. Определены особенности распространения детонационной волны в стехиометрической водородно-воздушной смеси в канале при наличии серий барьеров малой высоты. В частности, полученный в расчетах характер реинициирования детонации после прохождения серии барьеров соответствует наблюдаемому в экспериментах для смесей с нерегулярной ячеистой структурой. 2. Численное исследование трехмерных течений с вращающейся газовой детонацией в камерах сгорания перспективных преактивных двигателей Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Мануйлович И.С., в.н.с. Марков В.В. Продолжено исследование процесса формирования нескольких вращающихся волн детонации пропановоздушной смеси в камере сгорания в форме кольцевого зазора между пластинами. В трёхмерной нестационарной постановке на суперкомпьютере МГУ «Ломоносов-2» проведены расчеты инициирования заданного количества вращающихся волн детонации. Получены критические условия, связанные с размерами камеры сгорания, энергией инициирования и размерами инициаторов. Установлено существование максимального критического значения числа волн в многоголовой непрерывно вращающейся детонации, зависящее от размера камеры сгорания, и выявлена причина этого эффекта, связанная с блокировкой подачи горючей смеси в зазор, когда число инициаторов детонации превосходит определённое критическое значение. Для числа волн от 2 до 8 установлено, что при неравномерном расположении инициаторов постепенно происходит формирование течения с многоголовой вращающейся детонацией, в которой взаимные углы, образуемые составляющими её волнами, становятся одинаковыми. 3. Численное исследование течений в подводящем тракте тягового устройства с кольцевым соплом. Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Мануйлович И.С., в.н.с. Марков В.В., в.н.с. Хмелевский А.Н. На суперкомпьютере МГУ «Ломоносов-2» численно исследованы течения воздуха комнатной температуры и высокотемпературных продуктов сгорания стехиометрической ацетиленовоздушной смеси в модели реактивного двигателя с кольцевым соплом и с различными конфигурациями подводящих каналов. На основе уравнений Эйлера изучены режимы и времена выхода течений на квазистационарную фазу. Для кольцевых подводящих каналов различных форм исследованы особенности фазы запуска и квазистационарного течения. Получены нестационарные поля параметров потока и зависимости от времени тяговых характеристик с учетом противодавления в пространстве истечения. Анализ динамики истечения показал возможность реализации в подводящем канале течения без застойных вихревых зон за счет изменения формы канала. Проведено исследование истечения воздуха при обтекании устройства заданным сверхзвуковым воздушным потоком. 4. Экспериментальные и рассчетные исследования квазистационарных и пульсирующих течений газа в оригинальном тяговом модуле ВРД с кольцевым соплом и дефлектором. Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Громов В.Г., с.н.с. Афонина Н.Е., в.н.с. Хмелевский А.Н. Выполнена работа по подготовке новых экспериментальных исследований тяговых характеристик моделей кольцевых сопел с внутренним дефлектором. Изготовлен новый диафрагменный узел импульсного аэродинамического стенда НИИ механики МГУ для работы с лавсановыми диафрагмами при низких давлениях и температурах торможения. Завершен первый этап подготовки экспериментальной модели кольцевого сопла для её дальнейших испытаний в расширенном диапазоне по параметрам торможения потока и сопоставления экспериментальных данных с соответствующими расчетными результатами. На основе технологии HIGHTEMP разработана программа расчета турбулентного течения в полости реактивного двигателя с кольцевым соплом на продуктах сгорания ацетилена в воздухе. Для описания химических реакции диссоциации, рекомбинации и обмена в горючей газовой смеси использована упрощенная газофазная модель, включающая 19 реакции для 10 компонентов. Применяется модифицированная трехпараметрическая Lag Model турбулентного переноса, основанная на известной модели, предложенной Уилкоксом для описания течений, сопровождающихся быстропротекающими (неравновесными) газодинамическими процессами. Базовые геометрические и газодинамические параметры численной модели близки к условиям проведенных в лаборатории физических экспериментов. Выполнены тестовые расчеты с целью выбора оптимальных значений параметров разностной схемы. Проведены высокозатратные параметрические расчеты. В расчетах варьировался уровень турбулентности потока на выходе из кольцевого сопла, величина скорости диссипации на поверхности тяговой стенки, давление и температура в ресивере и условия теплообмена на тяговой стенке. 5. Экспериментальные и расчетные исследования условий воспламенения и распространения пламени в смесях углеводородных горючих в воздухе. В.н.с. Смехов Г.Д., в.н.с. Хмелевский А.Н., с.н.с. Афонина Н.Е. Выполнены экспериментальные исследования воспламенения и времени сгорания ацетилено-воздушных смесей в шаровом реакторе при инициировании горения электровзрывом тонкой проволочки, расположенной в центре сферы, в зависимости от величины энергии, подаваемой на электровзрыватель, только при степени избытка окислителя 0.5 в горючей смеси. В результате, получены массивы экспериментальных данных для их дальнейшей обработки по определению времен сгорания указанной смеси в шаровой камере в зависимости от величины энергии инициирования. В расчетах получены предварительные результаты по расчету времен задержек воспламенения для смесей метан-ацетилен-воздух вблизи нижних концентрационных пределов воспламенения. Полученные результаты могут представлять интерес для прогнозирования величины роста температуры и давления при взрывах в замкнутых пространствах. 6. Разработка конструкции модели плоского линейного двухщелевого сопла для проведения исследований в импульсном аэродинамическом стенде. В.н.с. Хмелевский А.Н., специалисты ОКБ им. А. Люльки В рамках сотрудничества с ОКБ им. А. Люльки разработана конструкция модели плоского линейного двухщелевого сопла для проведения испытаний на импульсной аэродинамической установке НИИ механики МГУ. Для регистрации изменения давления в потоке высокотемпературного газа и силы тяги конструкция модели комплектовалась высокочастотными тензометрическими и пьезоэлектрическими датчиками. К конструкции измерения тяги с использованием тензометрических датчиков усилия предъявлялись требования по минимизации веса деталей подвижной части элементов измерительной схемы. Для выполнения теневой съемки картины течения газа в сопле, как в сверхзвуковом потоке, так и в области критического сечения, на торцах плоской модели установлены боковые смотровые окна, соосные окнам в приемном ресивере. Представлена конструкция модели линейного двухщелевого сопла с внутренним дефлектором. Спроектированная модель обеспечивает возможность измерения тяги и давления газа в проточных каналах сопла, а также проведения визуализации течения теневым методом Теплера. Степень совершенства представленной конструкции сопла для измерений тяги характеризуется показателем качества конструкции (ПКК) в виде отношения веса подвижных деталей в конструкции системы измерений силы тяги к собственному весу датчика силы, применяемого для измерений тяги. Его значение для спроектированной модели составило 2,93. ПКК характеризует возможности данной конструкции по измерению тяги в импульсных и импульсно-периодических (пульсирующих) режимах работы сопла: верхний частотный диапазон регистрируемых при измерениях изменений силы тяги по времени будет приближаться к собственной частоте датчика силы. 7. Численное исследование сверхзвукового обтекания заостренных тел при наличии энерговклада, локализованного в набегающем потоке. Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Георгиевский П.Ю. Выполнено численное исследование особенностей формирования передних отрывных зон и эффективности снижения волнового сопротивления для хорошо обтекаемых заостренных тел при наличии областей энерговклада, локализованных перед ними в сверхзвуковом набегающем потоке. Рассматривалось обтекание осесимметричных головных частей оживальной формы (полученных вращением дуги окружности вокруг стягивающей хорды) и комбинации конус – цилиндр. Обсуждались проблемы, препятствующие формированию глобальных (охватывающих всю лобовую поверхность тела) передних отрывных зон: эффект локализации воздействия в зоне теплового следа, эффект развития интенсивных расходных пульсаций отрывных зон. Для формирования глобальных квазистационарных передних отрывных зон предложено использовать метод динамической трансформации энергоисточника, предполагающий синхронное изменение в процессе расчета его интенсивности и поперечного размера при сохранении критерия подобия. При уменьшении размеров области энерговклада выигрыш в сопротивлении оставался постоянным, а эффективность (отношение выигранной и вложенной мощностей) увеличивалась обратно пропорционально квадрату поперечного размера области энерговклада. В расчетах для числа Маха набегающего потока 2 достигнуто снижение сопротивления 25-30% при коэффициенте эффективности более 40. Таким образом, установлена возможность использования «тепловой иглы» для снижения волнового сопротивления хорошо обтекаемых заостренных тел. 8. Иницирование детонации при взаимодействии ударных волн с газовыми пузырями. Зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Сутырин О.Г., в.н.с. Георгиевский П.Ю. Выполнено численное исследование инициирования детонации при взаимодействии распространяющейся по горючей газовой смеси ударной волны с эллипсоидальным пузырем тяжелого инертного газа в двумерной осесимметричной постановке. Реакция горения газовой смеси моделировалась с помощью двухстадийной кинетики «индукция-реакция» Коробейникова-Левина. Обнаружены различные режимы детонационного воспламенения смеси: при отражении падающей ударной волны от передней границы пузыря; при усилении ударной волны, сходящейся к оси симметрии позади пузыря; при фокусировке вторичных скачков уплотнения вблизи задней границы пузыря и при вторичной фокусировке волн перед пузырем. Определена зависимость режима воспламенения смеси от числа Маха падающей волны и формы пузыря. Показано, что инициирование детонации при отражении падающей ударной волны от передней границы пузыря имеет место при ее достаточной интенсивности независимо от формы пузыря. При меньшей интенсивности падающей ударной волны происходит инициирование детонации в результате усиления и фокусировки вторичных скачков позади или перед пузырем. Установлено, что за счет эффекта осесимметричной фокусировки пороговое число Маха падающей волны, достаточное для инициирования детонации, может быть многократно снижено. 9. Численное исследование взаимодействия ударных волн с препятствиями. В.н.с. Георгиевский П.Ю., асп. Максимов А.Н., с.н.с. Фокеев В.П. В рамках уравнений Эйлера выполнено численное исследование структуры автомодельного течения для различных типов отрицательного маховского отражения при дифракции ударной волны на клине. Наряду с известными режимами двойного и тройного маховского отражения обнаружен качественно новый режим отрицательного маховского отражения с множественными тройными конфигурациями. Отмечены особенности перехода от режима отражения с множественными тройными конфигурациями к регулярному отражению при изменении угла клина. Полученное решение с множественными тройными конфигурациями (режим многократного отражения) расширяет представления о возможных газодинамических конфигурациях в задаче о дифракции ударной волны на клине и дополняет современную классификацию. Исследованы различные режимы отрицательного двойного маховского отражения при наличии тонкого слоя пониженной или повышенной плотности вблизи поверхности клина. При такой постановке задача не является автомодельной, поскольку появляется характерный линейный размер – толщина слоя. Тем не менее, на достаточном удалении от носка клина, когда толщина слоя становится малой по сравнению с размерами области взаимодействия, формируется асимптотически автомодельная ударно-волновая структура. Отношение плотностей в слое и в окружающем газе существенно влияет на течение в области взаимодействия падающей ударной волны с поверхностью. Подбирая отношение плотностей, можно добиваться усиления или ослабления действия возвратной струи, выпрямления маховской ножки, исчезновения «дополнительных» трехударных конфигураций над тангенциальным разрывом. Таким образом, изменение плотности в очень тонком приповерхностном слое позволяет управлять конфигурацией всего течения в области взаимодействия падающей ударной волны с поверхностью. 10. Экспериментальное исследования взаимодействия падающей и отраженной ударных волн с пограничным слоем. С.н.с. Фокеев В.П., инж. Гринь Ю.И. Выполнены экспериментальные исследования по взаимодействию падающей ударной волны и сверхзвукового потока за ней с моделью в виде затупленного по сфере цилиндра с выступающей тонкой иглой. В экспериментах скорость потока за падающей ударной волной составляла порядка 2 чисел Маха. В измерительной секции ударной трубы был установлен навстречу набегающему потоку затупленный по сфере цилиндр диаметром 25 мм с выступающей заостренной тонкой полированной стальной иглой длинной 75 мм и диаметром 1 мм. Поток за падающей ударной волной формировал осесимметричный пограничный слой на игле. При взаимодействии отраженной ударной волны с пограничным слоем наблюдался эффект развития крупномасштабного конического предвестника. Ударная труба использовалась в режиме импульсной аэродинамической установки, позволяющей наблюдать нестационарный процесс установления сверхзвукового обтекания тела с иглой. Основным определяющим параметром задачи, который изменялся в экспериментах было число Маха падающей ударной волны. Эксперименты проводились в газах с различным показателем адиабаты (воздух, углекислый газ, гексафторид серы). 11. Асимптотическое исследование развития возмущений в неклассических трансзвуковых пограничных слоях. В.н.с. Богданов А.Н. С использованием асимптотической “трехпалубной” модели аналитически исследован неклассический (с самоиндуцированным давлением) пограничный слой над твердой плоской поверхностью при нестационарном свободном вязко-невязком взаимодействии на трансзвуковых скоростях. Предшествующие исследования проводились в предположении линейного по поперечной координате профиля продольной составляющей невозмущенной скорости в вязком пограничном слое и постоянство давления в поперечном течению направлении в вязком пограничном слое. Особенностью настоящего исследования является выбор квадратичной зависимости от поперечной координаты продольной составляющей невозмущенной скорости в пограничном слое и непостоянство градиента давления поперек невозмущенного течения в вязком пограничном слое. Показано качественное отличие картины течения в рассмотренном случае от линейного случая профиля – определяющий в линейном случае поведение малых возмущений присущий производной функции Эйри колебательный характер ее изменения по действительной оси при отрицательных значениях аргумента является, все же, исключительным и не реализуется в этих условиях. | ||
4 | 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. | Газодинамика быстропротекающих процессов и высокоскоростных течений с энерговкладом |
Результаты этапа: При исследовании быстропротекающих процессов детонации и горения в газовых смесях получены следующие новые результаты: Выполнено численное моделирование распространения ячеистой детонации в водородно-воздушной смеси в плоском канале при её инициировании сверхкритическим энерговкладом у закрытого конца канала. Проведен анализ воздействия множественных барьеров малой высоты, локализованных вблизи одной из стенок, на распространение детонации. Установлено, что в целом сохранение или подавление детонации при взаимодействии с барьерами и слоем нереагирующего газа определяется конкуренцией двух противоположных процессов: подавлением поперечных волн на барьерах и в слое газа и зарождением новых локальных возмущений в зоне реакции. Показано, что при прочих равных условиях наличие нереагирующего газового слоя (воздуха) между барьерами дополнительно ослабляет поперечные волны, способствуя разрушению детонации (зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Журавская Т.А.); В трёхмерной нестационарной постановке выполнено численное исследование течений с вращающейся детонацией в двух модельных камерах сгорания. В первом случае предполагается, что пропано-воздушная смесь подается снаружи в зазор между двумя параллельными круглыми пластинами диаметром 160 мм, между которыми организуется детонационное горение, а далее продукты сгорания истекают через осесимметричное сопло. Во втором случае смесь подается через кольцевое сопло диаметром 70 мм в камеру сгорания с полусферической тяговой стенкой. В расчетах реализовано формирование до 8 одновременно вращающихся волн детонации в первом случае, и до 4 – во втором. Определены тяговые характеристики устройств, проведено сравнение с идеальным соплом (зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Мануйлович И.С., в.н.с. Марков В.В.); Выполнено расчетное и экспериментальное исследование течений газа в оригинальном тяговом модуле ВРД с кольцевым соплом (диаметр 70 мм, размер критического сечения 4.4 мм) и полусферическим дефлектором. Расчеты проведены в рамках нестационарных уравнений Навье-Стокса. Определены величина тяги, удельного импульса и давления в донной области тяговой стенки при продувках модуля продуктами сгорания стехиометрических ацетилено-воздушных смесей. В расчетах в зависимости от параметров наблюдались как квазистационарные, так и пульсирующие режимы течения, что соответствует результатам ранее проведенных экспериментов. Полученные результаты могут быть использованы при конструировании компактных тяговых модулей ВРД (зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Громов В.Г., с.н.с. Афонина Н.Е., в.н.с. Хмелевский А.Н.) Выполнены экспериментальные исследования тяговых характеристик кольцевых сопел c внутренним полусферическим дефлектором. Полученный ранее новый массив экспериментальных данных был обработан с учетом значений чувствительности датчиков давления, полученных в ходе выполнения их калибровок. Калибровка датчиков проводилась двумя независимыми методами: путем быстрой подачи с помощью специального устройства заданного давления воздуха комнатной температуры в предварительно откачанную форвакуумную камеру (пневматический метод); методом взрыва горючей газовой смеси в сферической камере постоянного объема, когда датчики воспринимают давление высокотемпературных равновесных продуктов сгорания (метод взрыва) (в.н.с. Хмелевский А.Н.). Определены условия воспламенения и времена сгорания метано-ацетилено-воздушных смесей в шаровом реакторе при инициировании горения электровзрывом тонкой проволочки, расположенной в центре сферы, в зависимости от величины энергии, подаваемой на электровзрыватель при степени избытка окислителя 1.5 в горючей смеси. Получены массивы экспериментальных данных для их дальнейшей обработки по определению времен сгорания указанной смеси в шаровой камере в зависимости от величины энергии инициирования. Полученные результаты могут представлять интерес для прогнозирования величины роста температуры и давления при взрывах в замкнутых пространствах, а также для обеспечения условий взрывобезопасности при работе с горючими смесями газов (в.н.с. Смехов Г.Д., в.н.с. Хмелевский А.Н., с.н.с. Афонина Н.Е.) При исследовании быстропротекающих процессов взаимодействия ударных волн, а также высокоскоростных течений с учетом подвода энергии и внешних воздействий получены следующие новые результаты: Выполнено исследование сверхзвукового обтекания тел при наличии локализованных в набегающем потоке неоднородностей: газового пузыря пониженной плотности; облака газа с гауссовским распределением плотности; энергоисточника с гауссовским законом распределения удельной мощности по пространству с импульсным или мгновенным энерговкладом; мгновенно взрывающегося газового пузыря. Во всех описанных случаях формировалось высокотемпературное облако, взаимодействующее с головной ударной волной перед телом. При этом во многих расчетах наблюдался кумулятивный эффект аномального всплеска давления в критической точке тела, который обусловлен формированием струй при фокусировке вторичной тороидальной ударной волны, сходящейся к оси симметрии. При мгновенном взрыве в газовом пузыре в расчетах отмечен эффект перерасширения, когда в центральной области взрыва происходит образование каверны, которая затем схлопывается с достижением экстремально высоких параметров по давлению и плотности. Полученные результаты могут быть использованы при разработке методов воздействия на тела, движущиеся в атмосфере со сверхзвуковыми скоростями (зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Георгиевский П.Ю., в.н.с. Сутырин О.Г.) Выполнено численное моделирование взаимодействия ударной волны в газе с реагирующим газовым пузырем, заполненным горючей газовой смесью с добавками тяжелого инертного газа. Описаны три качественно различных режима инициирования детонации: непосредственно падающей ударной волной; в результате преломления ударной волны; в результате фокусировки возникающих вторичных ударных волн. Определены критические числа Маха, достаточные для инициирования детонации для каждого из режимов. Построена диаграмма режимов инициирования детонации и показано, что эффект фокусировки ударной волны позволяет достичь успешного инициирования детонации при многократно меньшей интенсивности падающей волны по сравнению с прямым инициированием. Полученные результаты могут быть использованы при разработке методов газодинамического воздействия на тела, движущиеся в атмосфере со сверхзвуковыми скоростями, поскольку обнаруженные эффекты могут проявляться и для случая взаимодействия головной ударной волны с реагирующим газовым пузырем (зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Георгиевский П.Ю., в.н.с. Сутырин О.Г.) Проведена модернизация установки «Ударная труба Квадрат» с целью расширения диапазона скоростей падающей ударной волны и, соответственно, скорости сверхзвукового потока за ней, в большую сторону. В соответствии с договором 0312-223-2022 от 25 мая 2022 года между МГУ и ООО «НПП «ИСТА» (г. Санкт-Петербург) проведены работы по подготовке технического задания и монтажу нового быстродействующего пневматического клапана КБ-80-100-Ф-УТ, рассчитанного на рабочее давление 100 атм (диаметр 80 мм), и пусконаладочные работы. Клапан предназначен для замены диафрагмы, разделяющей камеры высокого и низкого давления ударной трубы. Основное преимущество клапана заключается в обеспечении повторяемости экспериментов от опыта к опыту и упрощении процедуры подготовки экспериментов. Выполнена новая серия экспериментов по взаимодействию падающей ударной волны с пограничным слоем на тонкой игле, установленной навстречу ударной волне (и набегающему потоку за ней) у торца трубы и перед затупленным по сфере цилиндром (с.н.с. Фокеев В.П., вед. инж. Гринь Ю.И., вед. инж. Фокеев П.В. Построена модель установившегося обтекания излома профиля потоком газа с учетом свободного вязко-невязкого взаимодействия потока с обтекаемой поверхностью, основанная на «трехпалубной модели» пограничного слоя. Предполагается, что в предельном невязком течении дозвуковой набегающий поток достигает в вершине излома скорости звука и в первом приближении описывается решением Вальо-Лаурина (в.н.с. Богданов А.Н.). | ||
5 | 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. | Газодинамика быстропротекающих процессов и высокоскоростных течений с энерговкладом |
Результаты этапа: 1. Выполнено численное исследование 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 с целью определения условий, обеспечивающих подавление детонации. 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 (зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Журавская Т.А.). 2. Выполнено численное исследование квазистационарных и пульсирующих режимов течения газа в компактных кольцевых соплах с внутренней полостью – дефлектором в расширенном диапазоне изменения параметров торможения (4.8, 9.8, 14.9 и 19.8 атм) при одинаковом противодавлении в пространстве истечения - 0,01 атм. Проведена серия расчетов в рамках нестационарных уравнений Навье-Стокса для определения силы тяги, удельного импульса и давления в донной области тяговой стенки кольцевого сопла (диаметр 70 мм, размер критического сечения 4.4 мм) при его продувках высокотемпературными продуктами сгорания стехиометрических ацетилено-воздушных смесей. В расчетах в зависимости от параметров наблюдались как квазистационарные, так и пульсирующие режимы течения, что соответствует результатам ранее проведенных экспериментов. Полученные результаты могут быть использованы при конструировании компактных силовых установок (зав. лаб. Левин В.А., с.н.с. Афонина Н.Е., в.н.с. Хмелевский А.Н.) 3. Выполнено экспериментальное исследование течений газа в компактных кольцевых соплах с внутренней полостью – дефлектором в расширенном диапазоне изменения параметров торможения (от 2 до 21 атм) при продувках высокотемпературными продуктами сгорания ацетилено-воздушных смесей. Полученные массивы экспериментальных данных являются базой для валидации оригинальных вычислительных моделей и программ в исследованном диапазоне изменения параметров торможения. В экспериментах был реализован режим течения газа, соответствующий квазистационарному истечению без пульсаций давления в центре тяговой стенки внутреннего соплового дефлектора. Сравнение расчетных значений тяги и удельного импульса с соответствующими экспериментально измеренными величинами показало удовлетворительное соответствие по развиваемой кольцевым соплом силе тяги и импульсу. Полученные результаты могут быть использованы при конструировании компактных силовых установок (в.н.с. Хмелевский А.Н.) 4. Выполнено численное исследование сверхзвукового обтекания затупленных тел при наличии высокотемпературного облака с размытыми границами, импульсного энерговклада или взрыва, локализованных в набегающем потоке. Для моделирования размытости наряду со ступенчатой функцией (неоднородность типа «газовый пузырь»), вводится экспоненциальная зависимость от расстояния до центра неоднородности в некоторой степени (неоднородность типа «облако»). Во многих случаях отмечены эффекты многократного повышения давления на поверхности тела: первый пик соответствует ударной волне, распространяющейся от области взрыва, а последующие (аномальные) обусловлены эффектами фокусировки и кумуляции. При этом аномальные эффекты ярко выражены для неоднородностей типа «пузырь» со ступенчатым распределением по пространству, но сохраняются и для неоднородностей типа «облако». Полученные результаты могут быть использованы при разработке методов воздействия на тела, движущиеся в атмосфере со сверхзвуковыми скоростями (зав. лаб. Левин В.А., в.н.с. Георгиевский П.Ю., в.н.с. Сутырин О.Г.) 5. Выполнено численное исследование взаимодействия падающей ударной волны с прилегающем к твердой стенке эллипсоидальным пузырем газа повышенной плотности в двумерной плоской и осесимметричной постановках. Обнаружено, что в зависимости от формы пузыря реализуются качественно различные режимы течения, в которых фокусировка волны на оси симметрии происходит до или после начала отражения плоской прошедшей по пузырю волны от стенки. Показано, что пиковые давление и плотность, достигаемые в центре стенки, многократно превышают значения, соответствующие падению на стенку невозмущенной плоской волны. Исследованы различные интегральные меры импульсного ударно-волнового воздействия на стенку, и выявлено, что наименее чувствительной к вычислительным эффектам мерой является осредненный по небольшой площади стенки импульс избыточного давления (в.н.с. Сутырин О.Г., студ. мехмат ф-та МГУ Сиренко А.Г.). 6. Проведена новая серия экспериментов на ударной трубе с квадратным сечением рабочей части по взаимодействию отраженной ударной волны с пограничным слоем на тонкой игле, установленной навстречу падающей ударной волне (и набегающему потоку за ней) перед затупленным по сфере цилиндром диаметром 25 мм. В экспериментах варьировалась длина иглы (25 мм, 50 мм, 75 мм), диаметр иглы 1 мм, использовались иглы с различной шероховатостью (обычная и полированная сталь). Числа Маха подающей ударной волны в воздухе и в углекислом газе составляли до 5, а числа Маха потока за падающей ударной волной – до 1.8. В результате взаимодействия отраженной от сферы ударной волны с осесимметричным пограничным слоем на тонкой игле осуществляется процесс формирования конической бифуркационной зоны отрывного течения. В зависимости от длины иглы различаются размеры отрывной зоны, в отдельных случаях зафиксированы пульсации отрывной зоны (н.с. Нго Куанг Туен, вед. инж. Гринь Ю.И., вед. инж. Фокеев П.В.). 7. Для ударной трубы с квадратным сечением рабочей части разработана система впрыска газа навстречу падающей ударной волне. Система состоит из источника сжатого газа, быстродействующего пневмоклапана, форсунки на основе микросопла, системы питания и запуска клапана и системы управления. В лаборатории спроектированы и изготовлены электронные блоки питания и запуска клапана, а также блок синхронизации. Синхронизация управления осуществляется по команде запуска основного клапана установки, разделяющего камеры высокого и низкого давления с учетом временной задержки. Проведены испытания системы впрыска в автономном режиме. (вед. инж. Гринь Ю.И.) 8. Выполнено асимптотическое исследование распространения нелинейных уединенных волн в трансзвуковых течениях над твердой поверхностью в режиме нестационарного свободного вязко-невязкого взаимодействия. Базовой моделью исследования является асимптотическая «четырехпалубная» модель нестационарного свободного вязко-невязкого взаимодействия в трансзвуковом режиме. Составляющие систему уравнения выводятся из уравнений Навье-Стокса при помощи асимптотических разложений по малому отклонению характерного значения числа Маха и обратному числу Рейнольдса в заданной степени в предположении очень большой величины чисел Рейнольдса. Полученные решения для каждой области течения («палубы») сращиваются в соответствии с граничными условиями на границах палуб с другими решениями. Показано, что классическая модель оказывается вырожденной, неполно описывает происходящие в поле течения нестационарные процессы и требует уточнения формулировки (регуляризации) (в.н.с. Богданов А.Н.). | ||
6 | 1 января 2024 г.-31 декабря 2024 г. | Газодинамика быстропротекающих процессов и высокоскоростных течений с энерговкладом |
Результаты этапа: | ||
7 | 1 января 2025 г.-31 декабря 2025 г. | Газодинамика быстропротекающих процессов и высокоскоростных течений с энерговкладом |
Результаты этапа: |
Для прикрепления результата сначала выберете тип результата (статьи, книги, ...). После чего введите несколько символов в поле поиска прикрепляемого результата, затем выберете один из предложенных и нажмите кнопку "Добавить".