Гидродинамика и гидроаэроупругость высокоскоростных и нестационарных процессов.НИР

Hydrodynamics and hydroaeroelasticity of high-speed and non-stationary processes.

Источник финансирования НИР

госбюджет, раздел 0110 (для тем по госзаданию)

Этапы НИР

# Сроки Название
1 1 января 2016 г.-31 декабря 2016 г. Гидродинамика и гидроаэроупругость высокоскоростных инестационарных процессов.
Результаты этапа: Исследовано развитие нелинейных флаттерных колебаний при обтекании упругой пластины потоком газа при переменной малой сверхзвуковой скорости. Экспериментально получены границы устойчивости упругой трубки при протекании в ней вязкой жидкости в ламинарном и турбулентном режиме течения. Обнаружено сильное влияние акустических параметров подводящих трубопроводов на возникновение различных частотных мод кавитационных автоколебаний Проведены испытания в гидроканале Института механики модели судна – катамарана МГУ с прямоточным волновым движителем, принцип работы которого связан с превращением потенциальной энергии в кинетическую при опрокидывании волн. Проведены численные расчеты. Исследованы параметры высокоскоростного входа в воду тела вращения с конической головной частью, при которых тела обладают свойством восстановления после удара начального нулевого значения угловой скорости. Впервые применена динамометрическая тележка для возбуждения уединенных волн, возникающих в результате движения плоской пластинки по поверхности воды конечной глубины. Впервые проведены экспериментальные исследования движения подводного судна с крыльевыми волновыми движителями.
2 1 января 2017 г.-31 декабря 2017 г. Гидродинамика и гидроаэроупругость высокоскоростных и нестационарных процессов.
Результаты этапа: • Проведены сравнительные испытания различных волновых движителей на модели катамарана • Проведены исследования условий возбуждения естественных и искусственных кавитационных автоколебаний в течениях с образованием каверны с отрицательным числом кавитации. • Исследована возможность применения гиперболическуй модели мелкой воды с дисперсией для расчета движения плавучей наклонной пластины в приповерхностном слое на волнении. • Построена численная модель (XFlow) буксировки плавучих объектов судном с прямоточным волнодвижителем. • Создана установка по исследованию качения модели автомобиля по поверхности воды и проведены расчеты задачи качения негладкого цилиндра по поверхности воды. • Исследована зависимость скорости движения подводного судна с волновым движителем от глубины погружения. • Исследован флаттер прямоугольных и трапециевидных пластин в сверхзвуковом потоке газа.
3 1 января 2018 г.-31 декабря 2018 г. Гидродинамика и гидроаэроупругость высокоскоростных и нестационарных процессов.
Результаты этапа: 1. Исследовано влияние килевой качки на эффективность работы прямоточного Волнового Движителя (ВД), проведено сравнение с эффективностью ВД различных типов, а именно: ВД - типа гибкая пластина (плавник), качающаяся жесткая пластина и симметричный крыловой профиль с упругими связями, ВД типа подводный парус. 2. В гидроканале МГУ были проведены экспериментальные исследования движения глиссирующей пластинки, жестко закрепленной на динамометрической тележке. Получено приближенное выражение для действующей на пластину силы, проведены эксперименты и численные расчеты в точной постановке при околокритических скоростях движения по мелкой воде. 3. Были проведены сравнительные испытания модели подводного судна, оснащенной ВД типа "подводное крыло", которые подтвердили целесообразность использования ВД на перископной глубине. 4. Создана установка по исследованию качения модели автомобиля по поверхности воды. Найдено примерное положение границы области качения, а также установлены условия, при которых транспортное средство может устойчиво катиться по невозмущенной свободной поверхности воды. 5. На динамометрической тележке гидроканала отлажены процедуры измерения скорости буксировки и действующей на модель силы. 6. На плоской струйной установке продолжены исследования кавитационных автоколебаний при течении жидкости в магистрали с двумя сопротивлениями, за первым из которых образована искусственная вентилируемая каверна со средним давлением большим атмосферного. Эксперименты показали, что возникновение различных мод колебаний сильно зависит от свойств напорного трубопровода, причем частоты автоколебаний в основном определяются свойствами каверны. Оказалось, что для оценки частот автоколебаний можно использовать скорость соответствующего стационарного течения, где давления в форкамере и каверне постоянны и равны осредненным по времени величинам нестационарного течения. 7. Исследованы режимы течения с применением на выходе сужающегося сопла Войцеховского, показана возможность использование сопла для формирования периодических импульсных струй, проведено измерение ударных давлений на преграду, установленную перпендикулярно истекающих из сопла струй.
4 1 января 2019 г.-31 декабря 2019 г. Гидродинамика и гидроаэроупругость высокоскоростных и нестационарных процессов.
Результаты этапа: Исследовано влияние конструктивных параметров на прогнозирование флаттера лопаток компрессоров газотурбинных двигателей, для оценки которого эмпирические и вероятностные критерии неприменимы, вследствие того, что рассматриваемые параметры не входят в число определяющих для упрощенных критериев. Используется разработанный на основе энергетического метода численный алгоритм прогнозирования флаттера, который может применяться, если формы колебаний в пустоте близки к соответствующим формам в потоке, что всегда выполняется для лопаток компрессоров, за исключением мало распространенных полых лопаток и лопаток из композиционных материалов. Исследование показало, что значение монтажного натяга существенно влияет на границы флаттера, в то время как влияние остальных рассмотренных конструктивных параметров на границы флаттера незначительно. Исследовано влияние химической неравновесности потока на флаттер конструкции летательного аппарата. Показано, что неравновесные химические реакции в гиперзвуковом потоке и соответствующее изменение локальной теплоемкости и температуры вдоль поверхности тела приводит к непостоянному, уменьшающемуся коэффициенту поршневой теории вниз по потоку, тогда как сама поршневая теория остается верной. Это приводит к увеличению критического числа Маха по сравнению с нереагирующим потоком. Влияние изменения состава воздуха из-за отклонения поверхности на возмущение давления на порядок ниже, чем возмущение давления, рассчитанное без учета состава. Полученные результаты могут быть полезны при проектировании легких и надежных гиперзвуковых летательных аппаратов. Проведены исследования автоколебательных кавитационных режимов на струйной установке, использующей помпажный режим кавитационных автоколебаний для генерации периодических импульсных струй. Экспериментально найдены режимы, когда естественно возникающее автоколебательное течение сопровождается интенсивным ударным воздействием на препятствие. Сравнительные исследования эффективности прямоточного волнового движителя (ВД) и традиционных ВД, использующих энергию качки судна показали, что тяга прямоточного ВД в условиях малой качки судна (на длинном судне) оказалась не хуже лучших показателей для традиционных крыльевых движителей, а на высоких частотах заметно выше. Проведено испытание на разных глубинах подводного судна с традиционным ВД. Получена зависимость скорости движения судна от глубины. С помощью формулы М.А. Лаврентьева получено нелинейное нестационарное решение для волнового бора. Результаты сопоставлены с экспериментальными данными, полученными на гидроканале Института и с численными расчетами задачи о возбуждении волн на воде конечной глубины движущейся наклонной пластиной. Разработана методика экспериментального определения тяги колесной системы при ее качении по поверхности воды и получены первые (качественные) результаты.
5 1 января 2020 г.-31 декабря 2020 г. Гидродинамика и гидроаэроупругость высокоскоростных и нестационарных процессов.
Результаты этапа: Экспериментально, на плоской струйной установке, и теоретически, в рамках одномерной модели нестационарного течения несжимаемой жидкости, исследовано явление возникновения кавитационных автоколебаний при течении жидкости в магистрали с двумя последовательными сопротивлениями: первое - кавитатор, за которым образована искусственная вентилируемая каверна, второе – сопло, через которое происходит истечение жидкости и газа в атмосферу. В теоретической модели учтена конечность скорости распространения волн давления в напорном трубопроводе и эффект перемешивания фаз на границе контакта газа и жидкости в процессе ускоренного движения в сопле порции жидкости (помпажный режим). Расчеты для помпажного режима течения, показано хорошее согласование с экспериментальными данными. Показано, что масштабный эффект (зависимость безразмерных параметров от скорости) исчезает при давлении напора жидкости больших 0.4 МПа, что позволяет моделирование течения в высоконапорных установках (5 – 10 МПа) на стендах с умеренными давлениями напора. Исследования показали, что имеется область параметров, при которых кавитационные автоколебания можно эффективно использовать для генерации периодических импульсных струй. Двумя способами: на «стопе» и на «мерной базе».проведены измерение тяги гусеницы при качении по свободной поверхности воды: Предложен новый способ определения тяги гусеницы на маятниковых весах, при которых большая часть траектории маятник (гусеница) находится над поверхностью воды (нижняя часть возможной траектории погружена в воду, но не более чем на половину радиуса катка гусеницы). При движении маятника по нижней части траектории происходит интенсивное взаимодействие гусеницы с водой (работа силы тяги), что приводит к росту ее скорости и подъему на большую, чем исходную высоту. Проведено сравнение значения тяги гусеницы, полученные различными способами, а также приведена зависимость безразмерного коэффициента тяги от безразмерного параметра, равного отношению абсолютных скоростей нижней части гусеницы и надводной части модели. Экспериментально и теоретически исследован волновой след за глиссирующей пластиной. Экспериментальные исследования движения пластины, жестко закрепленной на динамометрической тележке проведены в гидроканале Института механики МГУ. Проведено численное моделирование условий эксперимента. Наблюдения показали, что стационарный периодический волновой след при околокритических скоростях отстает от тела и продолжает движение в виде ондулярного бора конечной длины. Аналогичная волновая картина наблюдается в виде уходящего вперед от тела волнового пакета и волн Фавра. С использованием формулы Лаврентьева получено нелинейное нестационарное уравнение для формы поверхности, описывающее бор с уменьшением длины волны при переходе на другой уровень. результаты сравнивались с расчетами и экспериментом. Получено хорошее совпадение теоретических и экспериментальных результатов. На гидроканале НИИ механики МГУ были проведены исследования движения подводного судна, оборудованного волновыми движителями. Модель подводного судна в масштабе 1:100 испытывалась в гидроканале сечением 1,5 х 1,5 м и глубиной 0,95 м на мерной базе длиной 10 м, с помощью грузов модель удерживалась на глубине 0,1; 0,2; 0,3 м. Эксперименты подтвердили работоспособность волновых движителей (парус, крыло) на исследованных глубинах.
6 1 января 2021 г.-31 декабря 2021 г. Гидродинамика и гидроаэроупругость высокоскоростных и нестационарных процессов.
Результаты этапа:
7 1 января 2022 г.-31 декабря 2022 г. Гидродинамика и гидроаэроупругость высокоскоростных и нестационарных процессов.
Результаты этапа:
8 1 января 2023 г.-31 декабря 2023 г. Гидродинамика и гидроаэроупругость высокоскоростных и нестационарных процессов.
Результаты этапа:

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".