![]() |
ИСТИНА |
Войти в систему Регистрация |
ИПМех РАН |
||
Решение фундаментальных проблем сверх- и гиперзвуковой аэродинамики, связанных с построением пространственных оптимальных и близких к ним тел различного назначения и комплексные теоретические и экспериментальные исследования их обтекания и аэродинамических характеристик. Экспериментальное и численное исследование фундаментальных проблем термогазодинамики, связанных с выявлением механизмов переноса импульса и энергии в пристенных до- и сверхзвуковых газовых течениях при комплексном воздействии различных факторов, поиск путей повышения эффективности энергоустановок и теплообменного оборудования при использовании транспирационных и диссипативных процессов и сверхскоростных распределительных механизмов. Создание и совершенствование систем снижения донного сопротивления летательных аппаратов различного назначения. Влияния тепломассоподвода и горения в окрестности донного среза и в донной области на снижение аэродинамического сопротивления ЛА. Экспериментальное изучение конструктивных схем донных тепловых генераторов, оснащенных гетерогенными, безгазовыми пиротехническими составами, высокоэнергетическими композитами нового поколения.
The solution of fundamental problems of super- and hypersonic aerodynamics, related to the construction of optimal spatial and similar bodies for various purposes and complex theoretical and experimental studies of flow and aerodynamics parameters. Experimental and numerical study of the fundamental problems of Thermogasdynamics related to the identification of mechanisms of momentum and energy transfer in the near-wall sub- and supersonic gas flows of the combined action of various factors, search for ways to improve the efficiency of power plants and heat-exchange equipment using the transpiration and dissipative processes and also high-speed switching mechanisms. Creation and improvement of the systems reducing the resistance of the bottom of aircraft for various purposes. Investigation of the effect of heatmass feeding and burning near the base section and the bottom region of the aircraft to reduce aerodynamic drag. Experimental study of the design schemes of bottom heat generators equipped with heterogeneous gas-free pyrotechnic compositions, high-energy new generation composites.
Аналитическое и численное решение задач оптимизации пространственных тел в рамках различных моделей, разработанных авторами проекта. Поиск формы тел минимального сопротивления, в том числе вращающихся в гиперзвуковом потоке, волнолетов максимального аэродинамического качества при различных наборах изопериметрических условий, в том числе треугольных в плане крыльев с центральным телом и пр. Создание алгоритмов и программ расчета сверх- и гиперзвукового обтекания конических тел и крыльев вязким газом с целью изучения аэродинамических нагрузок, режимов обтекания, ударно-волновых структур, топологии конических течений без плоскостей симметрии и теплопередачи в условиях существования особых режимов течения в ударном слое, а также определения диапазона параметров, где могут быть использованы более простые подходы в рамках модели идеального газа. Экспериментальное исследование обтекания конических тел и крыльев в широком диапазоне изменения определяющих параметров с целью установления типов, природы и границ существования различных режимов обтекания и их структурных особенностей, обусловленных, в частности, «нелокальным» влиянием развитого отрыва турбулентного пограничного слоя под действием внутренних ударных волн в сжатом слое. С использованием результатов комплексных экспериментальных и теоретических исследований создание экономичных моделей расчета нагрузок, в том числе нормальной силы, на пространственные тела, близкие к оптимальным по сопротивлению, при сверх- и гиперзвуковых скоростях. В широком диапазоне изменения определяющих параметров экспериментальное моделирование и изучение влияния вязкого взаимодействия и отрыва пограничного слоя на режимы обтекания пространственных тел и крыльев, а также определение причин, порождающих нестационарные режимы обтекания, и создание полуэмпирических моделей для их прогнозирования. Экспериментальное исследование влияния параметров формы циклически-симметричных тел на их сопротивление при гиперзвуковых скоростях полета, а также структуры потока в ударном слое на донное течение и донное сопротивление. Установление основных закономерностей донного сопротивления и их связи с построенными ранее авторами проекта полуэмпирическими моделями расчета. Будут получены результаты экспериментального исследования течения сверхзвукового воздушно-капельного потока на плоской стенке. Будет получено распределение адиабатной температуры стенки и коэффициента восстановления температуры по длине модели в зависимости от начальных и режимных параметров сверхзвукового потока (числа Маха, относительной концентрации капель в потоке и температуры воды). Будут получены результаты численного моделирования процесса реламинаризациии турбулентных потоков в плоских и круглых конфузорах и в каналах постоянного сечения с заданными профилями скорости и характеристиками турбулентности на входе. Будет показано влияние отрицательного продольного градиента давления на характеристики течения и теплообмена, проведено сравнение результатов расчета с экспериментальными данными по теплообмену и определены условия и предельные значения числа Рейнольдса, при которых в рассматриваемых каналах происходит полная реламинаризация турбулентного течения.
Реализация темы предполагает широкое использование численных методов для решения пространственных задач внешней и внутренней аэродинамики в рамках моделей идеального и вязкого газа, применение различных современных экспериментальных методик, в частности специальной лазерной диагностики структуры закрытых сверхзвуковых пространственных течений газа, а также автоматизированных управляющих, измерительно-регистрирующих систем и компьютерной обработки экспериментальных данных. Арсенал теоретических и экспериментальных методов и подходов, которыми располагают исполнители темы, не только не уступает мировому уровню, но и по многим направлениям значительно опережает зарубежные исследования как в постановке задач в области сверх - и гиперзвуковой аэродинамики оптимальных пространственных тел и их анализе, так и по достигнутым результатам, обеспеченным комплексным теоретико-экспериментальным подходом к решению поставленных задач. Научным коллективом реализованы и успешно применяются методики использования современных средств термометрии (тепловизор) для определения термических параметров взаимодействия (адиабатной температуры стенки, коэффициента теплоотдачи) между сверхзвуковым газовым потоком и обтекаемой поверхностью при проведении экспериментального исследования на аэродинамических трубах. Накоплен большой опыт по экспериментальному определению параметров взаимодействия (коэффициентов трения, теплообмена, восстановления температуры) поверхностей сложной формы со сверхзвуковым газовым потоком, по исследованию метода газодинамического энергоразделения сверхзвуковых потоков, по влиянию ударных волн и отрывных течений на параметры теплообмена в сжимаемом газе. Создан экспериментальный стенд, оборудованный тепловизором, инфракрасными и оптическими иллюминаторами, термопарами с термокомпенсацией, системами автоматизации эксперимента National Instruments.
госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию) |
# | Сроки | Название |
1 | 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. | Аэродинамика и тепломассообмен летательных аппаратов и технологических устройств |
Результаты этапа: Установлено, что критерии существования вихревых особенностей Ферри, установленные ранее в рамках модели идеального газа при наличии в ударном слое контактных разрывов, порожденных точками ветвления маховской конфигурации ударных волн, остаются справедливыми и в случае реализации контактных разрывов с необходимыми свойствами, образованных λ-конфигурацией ударных волн, сопровождающей отрыв турбулентного пограничного слоя под действием внутренней ударной волны в сжатом слое. Проведено экспериментальное и численное исследование фундаментальных проблем термогазодинамики, связанных с выявлением механизмов переноса импульса и энергии в пристенных до- и сверхзвуковых газовых течениях при комплексном воздействии различных факторов. Исследованы пути повышения эффективности энергоустановок и теплообменного оборудования при использовании транспирационных процессов и сверхскоростных распределительных механизмов. Получен ряд новых результатов по влиянию внешних воздействий на диссипативные эффекты в сверхзвуковом пограничном слое. Разработана, изготовлена и подготовлена модель нетрадиционной конструктивной схемы (с отделяющимся дном) донного теплового генератора (ДТГ) для экспериментальных исследований; проведены тестовые стендовые испытания и при числе Маха М1=3; – разработана комбинированная конструктивная схема донного теплового газогенератора (ДТГГ), у которого часть поверхности вблизи донного среза содержит тепловыделяющий элемент (безгазовый пиротехнический состав (ПС) с Тгор ~ 3500°С), а в донной части расположен газогенератор для вдува продуктов сгорания гетерогенного ПС на основе магния (в стадии изготовления); - установлено, что при вдуве пылевой плазмы в донную область и наличии отделяющегося дна (плоская металлическая пластина) наблюдается увеличение донного давления в 4,1 раза по сравнению со статическим давлением, т.е. реализуется донная тяга. | ||
2 | 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. | Аэродинамика и тепломассообмен летательных аппаратов и технологических устройств |
Результаты этапа: Проведено численное исследование структуры течения около V-образных крыльев с центральным телом (конус) в рамках модели идеального газа при числах Маха 3 и 6 на режимах с ударной волной, присоединенной к передним кромкам. Определены величины угла конуса, когда в ударном слое при симметричном обтекании тела возникают невязкие вихревые структуры. Установлено, что их возникновение и существование хорошо согласуются с полученными ранее критериями. Разработана методика многомерного моделирования течений с проницаемыми границами. Проведены экспериментальные исследования по влиянию расходного воздействия (отсоса) возникающего при обтекании потоком сжимаемого газа проницаемой поверхности на ее термические характеристики. Показано, что при постоянном числе Маха М=1 набегающего потока, в зависимости от начального давления в форкамере температура проницаемой поверхности может быть как больше так и меньше начальной величины. Выполнены исследование влияния состава теплоносителей, их теплофизических свойств и наличия второй фазы на эффективность процессов переноса теплоты и импульса в теплообменном оборудовании. Представлена методика расчета теплофизических свойств газов и жидкостей, методология выбора теплоносителей для перспективных энергетических систем и специфика использования смесевых теплоагентов. Проведен численный эксперимент по исследованию влияния плоской конфузорно-диффузорной геометрии канала на тепло-гидравлические характеристики элементов перспективного энергетического оборудования. При числе Маха М1 = 3 проведены экспериментальные исследования нетрадиционных конструктивных схем донных тепловых генераторов (ДТГ) с отделяющимся параболическим дном, оснащенных образцами оксидно-металлического порошкового композита на основе окиси ниобия,имеющего температуру горения порядка 8000 0С. Показано, что величина статического давления на момент отделения дна составила 0.19 кг/см², величина максимального превышения донного давления над статическим составила 0.008 кг/см², что соответствует ~ 4.7%. Отделяющееся дно, находясь в донной области, отражает поток газа из фокуса параболоида на дно тела вращения, увеличивая тем самым донное давление, которое больше статического, т.е. создается донная тяга. При развороте фокуса параболоида от оси симметрии тела вращения и выхода отбрасываемого дна из донной области тела вращения донное давление становится меньше статического. Наблюдается пульсирующая донная тяга. | ||
3 | 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. | Аэродинамика и тепломассообмен летательных аппаратов и технологических устройств |
Результаты этапа: Выполнено численное исследование аэродинамического качества компоновки, состоящей из V-образного крыла и центрального тела в виде кругового конуса при числе М=6. Верхняя поверхность тела направлена по потоку. В качестве изопериметрических условий задаются объем компоновки и коэффициент подъемной силы. Установлена существенная зависимость геометрии тела от коэффициента подъемной силы. Компоновка с ростом коэффициента подъемной силы может содержать центральное тело и иметь угол раскрытия V-образного крыла "гамма">Пи, быть плоским треугольным крылом и V-образным крылом с "гамма"<Пи. Поставлена и решена задача о форме волнолета с симметричным плоским донным срезом, имеющего максимальное аэродинамическое качество, построенного на плоской ударной волне и имеющего плоскость симметрии, при двух изопериметрических условиях: заданы удельный объем волнолета и коэффициент подъемной силы. Выполнено экспериментальное исследование взаимодействия падающей ударной волны с пограничным слоем на плоской адиабатной поверхности. Число Маха М=2.25, режим течения – турбулентный (Rex>20*10^6). В качестве генератора ударной волны использовалось ребро, установленное на противоположной от модели стенки. Коэффициент теплоотдачи определялся одновременно с коэффициентом восстановления температуры решением уравнения теплопроводности в полубесконечном теле для измеренного в процессе эксперимента темпа охлаждения стенки до выхода на равновесный тепловой режим. Зафиксировано существование локального максимума адиабатной температуры стенки в области падения ударной волны. В области присоединения пограничного слоя наблюдался резкий рост коэффициента теплоотдачи. В рамках исследования течений в каналах с конфузорно-диффузорной геометрией исследован процесс ламинаризации турбулентного течения с теплоподводом в плоском конфузоре с постоянным углом сужения. Показано влияние отрицательного продольного градиента давления на характеристики течения и теплообмена. Проведено сравнение результатов расчета с экспериментальными данными по теплообмену. Определена величина параметра ускорения, при котором в канале происходит полная ламинаризация течения. Исследованы свойства, способ получения и применение термитной пылевой плазмы, полученной при горении оксидно-металлического порошкового композита на основе окиси вольфрама. Показано, что при определенных условиях, когда амплитуда поперечных колебаний плазменной струи достигает критических значений головная часть струи может отделиться и просуществовать некоторое время в виде свободно летящего плазмоида, температура которого может достигать 15000ºС. Предложено использовать образование плазмоидов для высокотемпературного тепломассоподвода в донную область тела вращения. Разработаны различные конструктивные схемы донных тепловых газогенераторов (ДТГ) с оксидно-металлическим порошковым композитом. Показано, что при числе Маха М1 = 3 для модели ДТГ, позволяющей увеличить время существования плазмоида в донной области до 1.2с, величина донного давления достигает 91.2 % от статического давления в потоке. Для модели ДТГ с кольцевым зазором, через который тангенциально потоку выбрасывается пылевая плазма в сторону зоны рециркуляции, донное давление в этом случае значительно увеличивается и фиксируется донная тяга. При этом образующаяся пылевая плазма занимает все донное пространство, выходя из области, ограниченной линиями стекания, что приводит к реализации течения, когда зона отрыва объединяется с зоной рециркуляции в донной области. Установлено, что при вдуве термитной пылевой плазмы в донную область тела вращения и наличии магнитного поля величина донного давления увеличивается практически до статического. Показано, что для дальнейших исследований конструктивная модель ДТГ с магнитами-кольцами, установленными на торце, применима как более эффективная. |
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".