Численное моделирование неустойчивости гиперзвуковых течений вязкого газа

24 Сентября 2013

11:00

Телемост ЦАГИ-ИТПМ СО РАН-СПбГПУ-НИИМ МГУ
On-line трансляция из ЦАГИ

ЦАГИ, корп. №8, конференц-зал

Докладчик: Егоров Иван Владимирович, член-корр. РАН, д.ф-м.н.

Авторы: Егоров Иван Владимирович, член-корр. РАН, д.ф-м.н.; Новиков Андрей Валерьевич, к.ф-м.н.; Судаков Виталий Георгиевич, к.ф-м.н.; Фёдоров Александр Витальевич, к.т.н. (ЦАГИ-МФТИ)

Тезисы доклада "Численное моделирование неустойчивости гиперзвуковых течений вязкого газа"

Предсказание ламинарно-турбулентного перехода — важная задача для проектирования и расчета сопротивления высокоскоростных летательных аппаратов. Преждевременный переход может оказаться критическим, потому что он уменьшает эффективность силовой установки, увеличивает вязкое сопротивление (которое может быть более 30% полного сопротивления), а также ухудшает состояние поверхностей управления и работу системы управления. При гиперзвуковых скоростях полёта переход в пристенном течении на аэродинамически гладких поверхностях происходит в основном из-за роста волн неустойчивой второй моды пограничного слоя.

В данном докладе представлен обзор опубликованных ранее исследований по восприимчивости и устойчивости сверхзвукового пограничного слоя, выполненных с помощью метода прямого численного моделирования распространения неустойчивых возмущений. Численное решение получено неявным методом конечного объема второго порядка, реализованного в собственном пакете программ HSFlow. Сначала вычисляется стационарное решение уравнений Навье-Стокса, которое удовлетворяет невозмущенным граничным условиям в набегающем потоке, чтобы получить среднее ламинарное течение. Для исследования восприимчивости и устойчивости начальные возмущения вводятся посредством граничных условий (локальный периодический вдув-отсос на стенке, быстрая и медленная акустическая, энтропийная или вихревая волна в набегающем потоке). Рассматриваются следующие геометрии: плоская пластина, острый конус (в том числе с зонами нагрева и охлаждения), угол сжатия, пластина с волнообразной поверхностью.

Большинство представленных численных исследований выполнено в двухмерной постановке, т. к. рассматриваемые возмущения второй моды пограничного слоя наиболее неустойчивы в продольном сечении, а полностью трёхмерный расчёт требует огромных вычислительных ресурсов. Однако, последние модернизации комплекса расчётных программ позволили проводить вычисления на параллельных суперЭВМ кластерного типа. В докладе представлены первые результаты трёхмерного моделирования развития пакета возмущений на пластине на сетке содержащей 88.5 млн. узлов.

Рисунок. Поле возмущений давления на поверхности и продольном сечении пластины, вызванных генератором типа вдув-отсос. Трёхмерный расчёт на сетке 2501×251×141.