НАУКА и ОБРАЗОВАНИЕ

Файл статьи: SE-BMSTU...o067.pdf (1885.75Кб)

УДК 533.6:519.6:532.517.4:532.522.2

Россия,  Центральный Институт Авиационного Моторостроения им. П.И.Баранова

Полости в виде каверны часто встречаются на самолетах: ниши для уборки  шасси, различного вооружения и т.п. Актуальным для практики вопросом является снижение уровня пульсаций давления и температуры в каверне. В данной статье представлены результаты моделирования обтекания каверны внешним дозвуковым потоком (M=0.85, T=300K). Расчеты проводились при помощи RANS/ILES (Reynolds Averaged Navier-Stokes – RANS, Implicit Large Eddy Simulation – ILES) метода высокого разрешения на сетке в 2 с половиной миллиона  ячеек для числа Рейнольдса в полтора миллиона. Для управления течением предлагается использовать синтетические струи. Синтетические струи создаются периодическим выдувом и всасыванием газа через щель из полости с подвижной диафрагмой – генератора синтетических струй. Они не требуют специального рабочего тела и средств для его подвода, компактны, эффективны. Вместо очень затратного расчета течения в генераторе синтетических струй было использовано модифицированное граничное условие, на стенке в том месте, где располагались щели для выхода синтетических струй. Было рассмотрено 2 варианта расположения струй: перед каверной и внутри нее на передней стенке. Режим каждой струи задавался значением частоты и амплитуды синтетической струи. Для струи, расположенной внутри каверны, было рассмотрено 2 режима: 100 Гц и 50 м/с, 200 Гц и 50 м/с. Для струи, расположенной перед каверной, было рассмотрено 3 режима: 20 Гц и 20 м/с,.100 Гц и 50 м/с, 200 Гц и 50 м/с. Анализ результатов расчетов показал, что синтетические струи снижали уровень пульсаций статического давления и температуры на нижней и задней стенках каверны для всех исследованных режимов. Самым эффективным оказался режим с параметрами 200Гц, 50 м/с и наружным расположением синтетической струи. Также было проведено сравнение результатов расчетов для квазидвумерной и трехмерной каверн, у которых были одинаковые длина и глубина. Анализ показал, что для оценки пульсаций давления и температуры, нельзя использовать упрощенные квазидвумерные расчеты. Это связано с тем, что распределение пульсаций давления и температуры на задней стенке каверны, где они обычно максимальны, носит существенно трехмерный характер.

1. Gloerfelt X., Bogey C., Bailly C. Juve D. Aerodynamic noise induced by laminar and turbulent boundary layers over rectangular cavities // AIAA Paper. 2002. Art. no. 2002-2476. DOI: 10.2514/6.2002-2476
2. Hamed A., Basu D., Das D. Detached Eddy Simulations of Supersonic Flow Over Cavity // AIAA Paper. 2003. Art. no. 2003-549. DOI: 10.2514/6.2003-549
3. Nayyar P., Barakos G.N., Badcock K.J. Analysis and Control of Weapon Bay Flows // RTO-MP-AVT-123- Flow-Induced Unsteady Loads and the Impact on Military Applications. NATO / RTO, 2005. P. 24-1 – 24-25.
4. Lawson S.J., Barakos G.N. Review of numerical simulations for high-speed, turbulent cavity flows // Progress in Aerospace Science. 2011. Vol. 47, no. 3. P. 186-216. DOI: 10.1016/j.paerosci.2010.11.002
5. Wang H.B., Sun M.B., Wu H.Y., Wang Z.G. Hybrid RANS/LES Simulations of Two and Three Dimensional Supersonic Cavity Flows // Journal of Energy and Power Engineering. 2011. Vol. 5. P. 97-104.
6. Levasseur V., Sagaut P., Mallet M., Chalot F. Unstructured Large Eddy Simulation of the passive control of the flow in a weapon bay // Journal of Fluids and Structures. 2008. Vol. 24, no. 8. P. 1204–1215. DOI: 10.1016/j.jfluidstructs.2008.06.016
7. Rona A. Control of Transonic Cavity Flow Instability by Streamwise Air Injection // AIAA Paper. 2004. Art. no. 2004- 682. DOI: 10.2514/6.2004-682
8. Sarkar S., Mandal R. Effects of Synthetic Jet in Suppressing Cavity Oscillations // World Academy of Science, Engineering and Technology. 2012. Vol. 6, no. 7. P. 110-118.
9. Hamed A., Das K., Basu D. Numerical Simulations of Fluidic Control for Transonic Cavity Flows // AIAA Paper. 2004. Art. no. 2004- 429. DOI:10.2514/6.2004-429
10. Pinzon C.F., Agarval R.K. An Experimental and Computational Study of a Zero-Net-Mass-Flux (ZNMF) Actuator // AIAA Paper. 2008. Art. no. 2008- 559. DOI:10.2514/6.2008-559
11. Qin N., Hia H. Detached Eddy Simulation of a Synthetic Jet for Flow Control // Proceedings of The Institution of Mechanical Engineers Part I - journal of Systems and Control Engineering. 2008. Vol. 222, no. 2. P. 373-380. DOI:10.1243/09596518JSCE513
12. Кашкин Ю.Ф., Любимов Д.А., Макаров А.Ю., Пудовиков Д.Е., Торохов С.А. Численное и экспериментальное исследование применения синтетических струй для управления течением в пространственных каналах // Теоретическая и прикладная газовая динамика. В 2 т. Т.1 / под. ред. С.Ю. Крашенинникова. М.: Торус пресс, 2010. С. 190-205. (Труды ЦИАМ; вып. 1341).
13. Любимов Д.А. Исследование влияния струй с нулевым массовым расходом на течение в криволинейном диффузоре // Теплофизика высоких температур. 2011. Т. 49, № 4. С. 557-567.
14. Lyubimov D., Makarov A., Potekhina I. Experimental and numerical research of unsteady flow in curvilinear channel with active flow management using “synthetic” jets // Proc. of the 28th International congress of the aeronautical science (Brisbane. Australia, 23-28 September 2012). Paper no. 932 .
15. Потехина И.В., Любимов Д.А. Численное исследование управления с помощью синтетических струй отрывными течениями в переходных межтурбинных диффузора // Наука и Образование. МГТУ им. Н.Э. Баумана. Электрон. журн. 2015. № 1. С . 68–86. DOI: 10.7463/0115.0753472
16. Takahashi H., Liu F., Palaviccini M., Oyarzun M., Griffin J., Ukeiley L., Cattafesta L. Progress on Active Control of Open Cavities // AIAA Paper. 2011. Art . no . 2011-1221. DOI:10.2514/6.2011-1221
17. Любимов Д.А., Потехина И.В., Федоренко А.Э. Численное исследование с помощью RANS / ILES -метода высокого разрешения течения в открытой полости при до- и сверхзвуковых скоростях внешнего потока // XXI V Научно-техническая конференция по аэродинамике (пос. Володарского, Моск. обл., 28 февраля - 1 марта 2013 г.): матер. ЦАГИ, 2013. С. 168-169.
18. Любимов Д.А. Разработка и применение эффективного RANS/ILES-метода для расчета сложных турбулентных струй // Теплофизика высоких температур. 2008. Т. 46, № 2. С. 271-282.
19. Suresh A., Huynh H. T. Accurate Monotonicity-Preserving Schemes with Runge-Kutta Time Stepping // Journal of Computational Physics. 1997. Vol. 136. P. 83-99. DOI: 10.1006/jcph.1997.5745
20. Бендерский Л.А., Любимов Д.А., Потехина И.В., Федоренко А.Э. Исследование сложных турбулентных течений с помощью RANS/ILES-метода высокого разрешения // Четырнадцатая Международная школа-семинар «Модели и методы аэродинамики» ( г. Евпатория, 4-13 июня 2014 г.) : матер. М.: МЦНМО, 2014. С. 25-27.
21. Бендерский Л.А., Любимов Д.А., Потехина И.В., Федоренко А.Э. Применение RANS/ILES-технологии высокого разрешения для расчета пристеночных струй и слоев смешения // Пятая Всероссийская конференция «Вычислительный эксперимент в аэроакустике» (г. Светлогорск, Калининград. обл., 22-27 сентября 2014 г.): тез. ИПМ им. М.В. Келдыша РАН, 2014. С . 39-43.
22. Любимов Д.А. Разработка и применение метода высокого разрешения для расчета струйных течений методом моделирования крупных вихрей // Теплофизика высоких температур. 2012. Т. 50, № 3. С. 450–466.
23. Spalart P.R., Allmaras S.R. A One-Equation Turbulence Model for Aerodynamic Flows // La Recherche Aerospatiale. 1994. No. 1. P. 5-21. (also: 30th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit. 1992. Art. no. 92-0439. DOI: 10.2514/6.1992-439 ).
24. Aram S., Mittal R. Computational Study of the Effect of Slot Orientation on Synthetic Jet-Based Separation Control // International Journal of Flow Control. 2011. Vol. 3, no. 2-3. P. 87-110.