НИКИФОРОВ
Владимир Олегович
д.т.н., профессор
doi: 10.17586/2226-1494-2015-15-5-930-941
ГИСТЕРЕЗИС ИНТЕРФЕРЕНЦИИ ВСТРЕЧНЫХ СКАЧКОВ УПЛОТНЕНИЯ ПРИ ИЗМЕНЕНИИ ЧИСЛА МАХА
Читать статью полностью
Ссылка для цитирования: Булат П.В., Денисенко П.В., Продан Н.В., Упырев В.В. Гистерезис интерференции встречных скачков уплотнения при изменении числа Маха // Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 5. С. 930–941.
Аннотация
Предмет исследования. Рассматривается интерференция встречных скачков уплотнения, а также отражение косого скачка от стенки. Существует два принципиально различающихся режима взаимодействия встречных скачков: четы- рехволновой регулярный и пятиволновой нерегулярный. Переход от одного режима к другому может быть нестационарным, скачкообразным или плавным, также он может сопровождаться гистерезисом. Под гистерезисом понимают возможность существования при одних и тех же параметрах интерференции двух различных видов ударно-волновых структур. Реализация того или иного решения зависит от направления и, возможно, скорости изменения параметров. Гистерезис при интерференции встречных скачков и при отражении косого скачка уплотнения от стенки изучается с середины 60-х годов XX века, но наиболее активно – в течение последних 20 лет. Это связано, в частности, с разработкой новых типов воздухозаборников внутреннего и смешанного сжатия, предназначенных для больших сверхзвуковых и гиперзвуковых скоростей. Несмотря на активные исследования проблемы, многие вопросы остались невыясненными, в том числе несовпадение результатов вычислительных и физических экспериментов с данными, полученными с помощью аналитической теории интерференции стационарных газодинамических разрывов, а также влияние скорости изменения параметров, точности вычислений, числа узлов разностной сетки. В настоящей работе рассматривается влияние двух факторов: ранга разностной сетки и степени размытия фронта скачков уплотнения. Основные результаты. Как показали аналитические и численные расчеты, размытие скачков и переход от мелкой разностной сетки к более грубой сопровождается сужением области гистерезиса, т.е. моменты перехода от регулярного отражения к нерегулярному и обратно удаляются от предсказанных теорией. Измельчение сетки приводит к сходимости решения к результатам теории интерференции стационарных газодинамических разрывов. Практическая значимость. Результаты работы дополняют теорию интерференции стационарных газодинамических разрывов и могут быть использованы при проектировании перспективных образцов сверхзвуковых и гиперзвуковых летательных аппаратов.
Благодарности. Работа выполнена при финансовой поддержке Министерства образования и науки РФ (Соглашение № 14.575.21.0057).
Список литературы
1. von Neumann J. Oblique reflection of shocks / In: Collected Works, Pergamon. 1943. V. 6. P. 239–299.
2. Булат П.В., Денисенко П.В., Продан Н.В. Интерференция встречных скачков уплотнения // Научно- технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 2. С. 346–355. doi: 10.17586/2226-1494-2015-15-2-346-355.
3. Булат П.В., Упырев В.В., Денисенко П.В. Отражение косого скачка уплотнения от стенки // Научно- технический вестник информационных технологий, механики и оптики. 2015. Т. 15. № 2. С. 338–345.
4. Усков В.Н. Интерференция стационарных газодинамических разрывов // Сборник статей "Сверхзву- ковые газовые струи". Новосибирск: Наука, 1983. С. 22–46.
5. Uskov V.N., Bulat P.V., Arkhipova L.P. Gas-dynamic discontinuity conception // Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology. 2014. V. 8. N 22. P. 2255–2259.
6. Uskov V.N., Bulat P.V. Shock and detonation wave in terms of view of the theory of interaction gasdynamic discontinuities // Life Science Journal. 2014. V. 11. N 8. P. 307–310.
7. Uskov V.N., Bulat P.V., Arkhipova L.P. Classification of gas-dynamic discontinuities and their interference problems // Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology. 2014. V. 8. N 22. P. 2248– 2254.
8. Bulat P.V., Uskov V.N. Mach reflection of a shock wave from the symmetry axis of the supersonic nonisobaric jet // Research Journal of Applied Sciences, Engineering and Technology. 2014. V. 8. N 1. P. 135–142.
9. Усков В.Н., Булат П.В., Продан Н.В. Обоснование применения модели стационарной маховской кон- фигурации к расчету диска маха в сверхзвуковой струе // Фундаментальные исследования. 2012. № 11–1. С. 168–175.
10. Усков В.Н., Булат П.В., Продан Н.В. История изучения нерегулярного отражения скачка уплотнения от оси симметрии сверхзвуковой струи с образованием диска Маха // Фундаментальные исследования. 2012. № 9–2. С. 414–420.
11. Ben-Dor G. Shock Wave Reflection Phenomena, 2nd ed. Springer, 2010. 342 p.
12. Chpoun A., Ben-Dor G. Numerical confirmation of the hysteresis phenomenon in the regular to the Mach reflection transition in steady flows // Shock Waves. 1995. V. 5. N 4. P. 199–203. doi: 10.1007/BF01419001
13. Fomin V.M., Hornung H.G., Ivanov M.S., Kharitonov A.M., Klemenkov G.P., Kudryavtsev A.N., Pavlov A.A. The study of transition between regular and Mach reflection of shock waves in different wind tunnels // Proc. 12th Int. Mach Reflection Symposium. Pilanesberg, South Africa, 1996. P. 137–151.
14. Ivanov M.S., Ben-Dor G., Elperin T., Kudryavtsev A., Khotyanovsky D. Mach-number-variation-induced hysteresis in steady flow shock wave reflections // AIAA Journal. 2001. V. 39. N 5. P. 972–974.
15. Ben-Dor G. Shock Wave Reflection Phenomena. Springer, 1991.
16. Ben-Dor G. Two-dimensional interactions / In: Handbook of Shock Waves / Eds G. Ben-Dor, O. Igra, T. Elperin. Boston: Academic Press, 2001. 824 p.
17. Ivanov M.S., Ben-Dor G., Elperin Т., Kudryavtsev A.N., Khotyanovsky D.V. The reflection of asymmetric shock waves in steady flows: a numerical investigation // Journal of Fluid Mechanics. 2002. V. 469. P. 71–87. doi: 10.1017/S0022112002001799
18. Ben-Dor G., Elperin T., Vasilev E.I. Flow-Mach-number-induced hysteresis phenomenon in the interaction of conical shock waves – a numerical investigation // Journal of Fluid Mechanics. 2003. N 496. P. 335–354. doi: 10.1017/S0022112003006475
19. Васильев Е.И. W-модификация метода Годунова и ее приложения в моделировании газодинамических течений с ударными волнами: дис. … докт. физ.-мат. наук. Волгоград, 1999. 213 с.
20. Хотяновский Д.В. Численный анализ сверхзвуковых течений со сложными ударно-волновыми структурами: дис. … канд. физ.-мат. наук. Новосибирск, 2007. 148 с.
21. Кудрявцев А.Н. Вычислительная аэродинамика сверхзвуковых течений с ударными волнами: дис. … докт. физ.-мат. наук. Новосибирск, 2014. 337 с.
22. Шоев Г.В. Численное исследование влияния вязкости на процессы взаимодействия и распространения ударных волн: дис. … канд. физ.-мат. наук. Новосибирск, 2013. 134 с.
23. Ilina E.E., Ilina T.E., Bulat P.V. Analysis of the application of turbulence models in the calculation of supersonic gas jet // American Journal of Applied Sciences. 2014. V. 11. N 11. P. 1914–1920. doi: 10.3844/ajassp.2014.1914.1920
24. Bulat M.P., Bulat P.V. Comparison of turbulence models in the calculation of supersonic separated flows // World Applied Sciences Journal. 2013. V. 27. N 10. P. 1263–1266. doi: 10.5829/idosi.wasj.2013.27.10.13715
25. Адрианов А.Л., Старых А.Л., Усков В.Н. Интерференция стационарных газодинамических разрывов. Новосибирск: Наука, 1995. 180 c.
26. Uskov V.N., Mostovykh P.S. Differential characteristics of shock waves and triple shock wave configurations // Proc. 20th Int. Shock Interaction Symposium (ISIS 2012). Stockholm, 2012. P. 211–214.
27. Медведев А.Е., Фомин В.М. Приближенно-аналитический расчет маховской конфигурации стацио- нарных ударных волн в плоском сужающемся канале // Прикладная механика и техническая физика. 1998. Т. 39. № 3. С. 52–58.
