В настоящее время вопросы устойчивости движения плохообтекаемых тел, находящихся в воздушном потоке, изучены недостаточно полно. Одним из актуальных вопросов является анализ развития возмущений вращательной скорости круговых цилиндров различных удлинений в воздушном потоке при малых числах Рейнольдса. Невозмущенное движение представляет собой прямолинейное движение вдоль оси цилиндра. Развитие возмущений вращательной скорости будет исследоваться с применением гипотезы искривленных тел. Уравнения Навье-Стокса планируется решать методом конечных объемов с помощью свободно распространяемого пакета программ SU2.
Кроме того, будет исследована устойчивость высокоскоростного потока воздуха в изогнутых каналах и около аэродинамических профилей с интерцепторами при числах Рейнольдса порядка 1 млн. В предыдущие годы в ряде работ было выполнено численное моделирование обтекания закрылков и интерцепторов при фиксированных углах их поворота. Изучалась также динамика аэродинамических сил, возникающих при нестационарном поведении поверхностей управления. Вместе с тем структура течения в трансзвуковых условиях и его чувствительность к малым возмущениям требуют более обстоятельных исследований. Запланированные исследования будут выполняться методами вычислительной аэродинамики с использованием пакета программ ANSYS-15, ANSYS-19.1. Для достижения поставленных целей и получения результатов с достаточной точностью требуется использование расчетных сеток, состоящих из нескольких миллионов ячеек. При этом для расчетов динамики нестационарных течений необходимо выполнение десятков тысяч шагов по переменной времени, входящей в систему уравнений, описывающей высокоскоростные турбулентные течения. Это приводит к необходимости проведения высокопроизводительных вычислений на гибридном кластере Ресурсного центра ВЦ СПбГУ с возможностью выполнения трех задач одновременно на 24+ ядрах каждая.
Коллектив исполнителей имеет существенный научный задел по заявленной теме исследований. В частности, в рамках выполнения предыдущего инициативного проекта (ID 119519753) опубликовано 5 научных статей, в том числе 2 в изданиях, индексированных в Scopus.
Численное решение уравнений Навье-Стокса с применением гипотезы искривленных тел позволило провести анализ демпфирующего влияния аэродинамических моментов, возникающий при появлении вращательной скорости цилиндров различного удлинения, находящихся в потоке воздуха. Оказалось, что длинные цилиндры характеризуются демпфированием возникающего вращательного движения. Вращательное движение коротких цилиндров, напротив, приводит к увеличению скорости вращения. Среди рассмотренных удлинений максимальный раскачивающий эффект достигается, когда удлинение цилиндра (отношение длины к диаметру) равно двум. Набор цилиндров различных удлинений можно в дальнейшем расширить и уточнить удлинение, при котором эффект максимален. Для цилиндров с удлинением два проведено влияние выбора положения оси вращения. Перенос оси вращения в сторону кормовой части слабо влияет на раскачивающий эффект. Перенос в сторону головной части ведет к уменьшению раскачивающего эффекта. Проведено сравнение с результатами эксперимента с цилиндрами, закрепленными в рабочей части аэродинамической трубы на упругой пружинной подвеске. Эксперимент проводился в области больших чисел Рейнольдса. Результаты эксперимента по измерению амплитуды возникающих вращательных колебаний коррелируют с результатами расчетов.
Выполнено также исследование трансзвукового обтекания воздухом аэродинамических профилей NASA SC(2)-0710 и NACA 0012 с интерцептором при разных углах отклонения интерцептора от нейтрального положения. Численные решения осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса получены с помощью программы, основанной на методе конечных объемов. Выявлена высокая чувствительность картины обтекания и подъемной силы к углу поворота интерцептора, а также к изменениям числа Маха набегающего потока M∞ и угла атаки α при числе Рейнольдса порядка 10 млн. Установлены диапазоны M∞ и α, в которых наблюдается резкое изменение положения ударных волн, вызывающее реструктуризацию течения и скачки подъемной силы. Полученные результаты показывают существование неблагоприятных углов поворота интерцептора, зависящих от числа Маха M∞ и угла атаки α, при которых малые возмущения в набегающем потоке воздуха, в частности слабая турбулентность атмосферы, может вызвать значительные скачки подъемной силы и вибрацию самолета на режимах крейсерского полета.
Запланированные исследования выполнены полностью. По результатам работ опубликовано 5 статей, в том числе 2 с индексацией в Scopus и 2 в журналах из списка ВАК. Все отчетные материалы представлены на сайте Научного парка, проект № 2505-024.
