НШ–5436.2014.1: Фундаментальные проблемы современной газовой динамикиНИР

Соисполнители НИР

Совет по Грантам Президента РФ Координатор

Источник финансирования НИР

грант Президента РФ

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2014 г.-31 декабря 2014 г. Фундаментальные проблемы современной газовой динамики - этап 1
Результаты этапа: 1. Газодинамика горения и детонации. 1.1 Газовая детонация в каналах сложной формы и в камерах сгорания. Продолжена доработка оригинального вычислительного комплекса для расчета многомерных нестационарных газодинамических течений с ударными и детонационными волнами в каналах и камерах сгорания сложной, в том числе изменяющейся во времени геометрической конфигурации. Проведено численное моделирование трехмерных структур газовой детонации в каналах круглого сечения, которые формируются спонтанно в силу неустойчивости при инициировании плоской одномерной ударной волной, вызванной подводом энергии у закрытого торца канала. 1.2. Газовая детонация в высокоскоростных потоках. В рамках детальной кинетики химического взаимодействия численно исследована возможность стабилизации детонационной волны в стехиометрической водородно-воздушной смеси, поступающей в плоский канал со сверхзвуковой скоростью, существенно превышающей скорость распространения самоподдерживающейся детонации. 1.3. Численно-экспериментальное исследование тягового модуля авиационного двигателя оригинальной компактной конструкции. Продолжено численно-экспериментальное исследование модели тягового модуля авиационного двигателя оригинальной компактной конструкции, состоящего из кольцевого щелевого сопла и резонаторной полости полусферической формы, в которой обеспечивается формирование авторегулируемого газового центрального тела. 1.4. Термо- и газодинамический анализ условий воспламенения газовых смесей. Проведен термодинамический анализ возможности подбора исходных составов смесей горючих газов, моделирующих равновесные продукты сгорания авиационного керосина. Выполнен газодинамический анализ и экспериментальная проверка условий воспламенения и горения газовых смесей, моделирующих керосин, в камере сгорания импульсной аэродинамической установки Института механики МГУ. 2. Распространение и взаимодействие ударных волн. 2.1. Взаимодействие ударных волн с неоднородностями – газовыми пузырями. Проведено численное параметрическое исследование эффекта фокусировки ударных волн при взаимодействии эллиптическими газовыми пузырями. 2.2. Взаимодействие ударных волн с пограничным слоем. Проведено экспериментальное исследование в ударной трубе с рабочей частью квадратного сечения нестационарного осесимметричного взаимодействия отраженной ударной волны с пограничным слоем на игле, выступающей навстречу потоку, инициированному падающей ударной волной. 3. Аэродинамика и теплообмен сверхзвуковых летательных аппаратов, управление обтеканием тел при помощи энерговклада в поток 3.1: Взаимодействие тел, движущихся с высокими скоростями, с атмосферными неоднородностями. Выполнено численное исследование взаимодействия затупленных тел, движущихся с высокими скоростями, с атмосферными неоднородностями – газовыми пузырями пониженной и повышенной плотности. 3.2. Аэродинамика и теплообмен спускаемых космических аппаратов. В рамках уравнений Навье-Стокса с учетом физико-химических явлений, характерных для высокотемпературного газа, продолжено исследование обтекания и теплообмена спускаемого аппарата в атмосфере Марса. 3.3. Течения в пограничных слоях. Проведено численное исследование воздействия электрического разряда в сверхзвуковом газовом потоке на развитие турбулентного пограничного слоя перед плоским уступом.С использованием модифицированной «трехпалубной» модели выполнено аналитическое исследование устойчивости нестационарного свободного вязко-невязкого взаимодействия на трансзвуковых скоростях. 4. Неравновесная физико-химическая газовая динамика. Проведено расчетное исследование процессов воспламенения и горения в сверхзвуковом потоке смесевых топлив на основе n-декана, который рассматривается в качестве суррогатного топлива для керосина, и водорода. Проведены исследования нестационарного течения в модельной камере с горением в непрерывно вращающейся детонационной волне в условиях, соответствующих сверхзвуковому прямоточному воздушно-реактивному двигателю. 5. Электрогазодинамика. Рассмотрен нестационарный электрогазодинамический процесс накопления электрического заряда на проводящих электрически изолированных телах (элементах конструкции летательного аппарата), обтекаемых турбулентным потоком, содержащим ионную компоненту, при наличии внешнего электрического поля. Проведено экспериментальное и расчетное исследование возможностей уменьшения газодинамических потерь в каналах с зонами отрыва потока при воздействии на течение диэлектрического барьерного разряда (ДБР).
2 1 января 2015 г.-31 декабря 2015 г. Фундаментальные проблемы современной газовой динамики - этап 2
Результаты этапа: Получены, опубликованы и представлены на конференциях новые результаты по газодинамике горения и детонации, взаимодействию ударных волн, обтеканию тел в условиях энерговклада в поток, неравновесной физико-химической газовой динамике и электрогазодинамике. 1. Новые результаты по газодинамике горения и детонации. С использованием оригинального комплекса программ на суперкомпьютере «Ломоносов» проведено численное моделирование для широкого класса трехмерных нестационарных задач газовой детонации: галопирующей слоистой детонации в канале с уступом; детонации в потоке горючей газовой смеси в каналах сложной винтовой формы; ячеистой и спонтанной спиновой детонации в каналах круглого поперечного сечения. В рамках детального кинетического механизма химического взаимодействия численно исследовано детонационное горение стехиометрической водородно-воздушной смеси, поступающей в плоские каналы различной формы со сверхзвуковой скоростью, существенно превышающей скорость распространения самоподдерживающейся детонации. Установлена возможность стабилизации ячеистой детонационной волны при помощи дополнительного подвода энергии, а также без подвода энергии за счет профилирования стенок сопла; изучена тонкая структура детонационной волны, стабилизированной перед препятствием. Выполнено численно-экспериментальное исследование модели тягового модуля авиационного двигателя оригинальной компактной конструкции, состоящего из кольцевого щелевого сопла и резонаторной полости полусферической формы, в которой обеспечивается формирование авторегулируемого газового центрального тела. Проведены экспериментальные исследования влияния размера критического сечения кольцевого сопла на его тяговые характеристики при продувках воздухом комнатной температуры и высокотемпературными продуктами сгорания стехиометрических ацетилено-воздушных смесей. В расчетах обнаружены режимы течений, при которых стартовые возмущения, сопровождающие запуск кольцевого сопла, не затухают, а переходят в квазипериодический режим. Проведен термодинамический анализ возможности подбора исходных составов смесей горючих газов, моделирующих равновесные продукты сгорания авиационного керосина. Выполнен газодинамический анализ и экспериментальная проверка условий воспламенения и горения газовых смесей, моделирующих керосин, в камере сгорания импульсной аэродинамической установки Института механики МГУ. 2. Новые результаты по взаимодействию ударных волн. Выполнено исследование взаимодействия ударных волн с эллипсоидальными газовыми пузырями пониженной или повышенной плотности. Проведено параметрическое исследование течения в зависимости от интенсивности падающей волны, плотности газа в пузыре и формы пузыря. Определены условия осуществления и количественные характеристики эффекта фокусировки ударных волн на оси симметрии течения. Проведено экспериментальное исследование в ударной трубе с рабочей частью квадратного сечения нестационарного осесимметричного взаимодействия отраженной ударной волны с пограничным слоем на игле, выступающей навстречу потоку, инициированному падающей ударной волной. Выявлены закономерности перестройки течения, вызванной отрывом пограничного слоя на игле, бифуркацией отраженной ударной волны и формированием лямбда – конфигурации ударных волн. 3. Новые результаты по обтеканию тел в условиях энерговклада в поток. Выполнено численное исследование сверхзвукового обтекания тел при наличии в набегающем потоке областей энерговклада малого размера. Проведены расчеты обтекания затупленных тел в диапазоне чисел Маха 1.5 – 3.0 с целью определения влияния скорости набегающего потока на устойчивость формирующихся передних отрывных зон и эффективность снижения волнового сопротивления. Выполнено численное исследование взаимодействия обтекаемых сверхзвуковым потоком затупленных тел с газовыми пузырями пониженной или повышенной плотности. Показано, что основной причиной внезапного повышения давления и плотности в критической точке на поверхности тела является предшествующая ей фокусировка поперечных ударных волн в малом объеме на оси симметрии течения, сопровождающаяся формированием тонких кумулятивных струй. Проведено параметрическое исследование взаимодействия тел с эллипсоидальными газовыми пузырями различной плотности, размера и удлинения. Проведено численное исследование воздействия электрического разряда в сверхзвуковом газовом потоке на развитие турбулентного пограничного слоя перед плоским уступом. Показана возможность управления отрывом пограничного слоя посредством изменения мощности разряда: установлено, что с увеличением мощности точка отрыва перемещается вверх по потоку. С использованием модифицированной «трехпалубной» модели выполнено аналитическое исследование устойчивости нестационарного свободного вязко-невязкого взаимодействия на трансзвуковых скоростях. Описана возможная причина развития бафтинга – нестационарных колебаний ударных волн у поверхности летательных аппаратов при их движении в трансзвуковом диапазоне скоростей. 4. Новые результаты по неравновесной физико-химической газовой динамике. Выполнены численные исследования горения пропано-воздушной смеси в непрерывно вращающейся детонационной волне в кольцевой камере сгорания. Задача решается в двумерной нестационарной постановке в рамках системы уравнений Эйлера для многокомпонентной реагирующей смеси. Для описания горения используется редуцированный реакционный механизм, который включает 156 обратимых химических реакций для 27 компонентов. 5. Новые результаты по электрогазодинамике. Разработаны и экспериментально испытаны на модельном вертикальном прямоугольном канале, поставленном на весовое устройство, различные конструкции ДБР – актуаторов, предназначенные для уменьшения газодинамических потерь в каналах. Изучено влияние параметров ДБР – актуатора (размеров открытого и закрытого электродов и расстояния между ними) на эффективность работы актуатора в канале при различных электрических напряжениях. Рассмотрены случаи, когда разряд генерируется не одной парой электродов, а целым каскадом. Получены зависимости развиваемой тяги от электрического напряжения на актуаторе. Проведены экспериментальные исследования электрических эффектов при продольном разрыве образца из углепластика, электрические свойства которого близки к металлам. Показано, что основу частиц, образовавшихся при таком разрыве, составляют электропроводящие волокна. Проанализирован электрический сигнал, идущий на землю с разрушаемого образца, а также «пролетный» сигнал от образовавшихся при разрушении образца микрочастиц, увлекаемых газодинамическим потоком, обтекающим образец.

Прикрепленные к НИР результаты

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".