Поплавская Т.В.   Кириловский С.В.   Миронов С.Г.   Цырюльников И.С.  

Численное моделирование высокопористых материалов в приложении к сверхзвуковой аэродинамике

Докладчик: Поплавская Т.В.

Основным элементом численного моделирования задачи сверхзвукового обтекания тел с газопроницаемыми пористыми вставками или покрытиями является модель пористого материала. Для описания течения в пористой среде широко применяются континуальные модели с заданием сопротивления потоку в пористой зоне по определенному закону. В последнее время появился другой подход - численное моделирование течения жидкости и газа в скелете пористого материала (дискретная модель пористой среды). Преимуществом этого подхода является использование данных только о геометрии скелета без привлечения эмпирических данных о фильтрационных свойствах пористого материала, получение которых затруднительно для сверхзвуковых течений. 
Работы в области применения газопроницаемых пористых материалов для управления аэродина-микой летательных аппаратов ведутся в двух основных направлениях:
- использование пористых материалов для подавления возмущений среднего течения, а именно акусти-ческих возмущений, в гиперзвуковом пограничном слое для продления ламинарного режима течения;
- управление характеристиками среднего течения при обтекании тел с газопроницаемыми пористыми вставками с целью снижения волнового сопротивления или создания боковых сил для маневрирования летательных аппаратов.
В рамках первого направления в работе представлено численное моделирование поглощения акустических возмущений при гиперзвуковом обтекании пластины с пористой вставкой с учетом реальных свойств газа. Геометрия звукопоглощающего покрытия из высокопористого ячеистого материала (ВПЯМ) включена в расчетную область в виде набора двумерных элементов квадратного сечения, рас-положенных в шахматном порядке (дискретная модель, базирующаяся на реальном скелете пористого материала). Численное моделирование проводилось с помощью пакета ANSYS Fluent на базе решения двумерных нестационарных уравнений Навье-Стокса, дополненных уравнениями сохранения колебательной энергии каждой колебательной степени свободы молекул углекислого газа и встраиваемыми в пакет  модулями для реализации  двухтемпературной модели колебательной релаксации углекислого газа. Проведена верификация расчетов сравнением с экспериментальными данными по пульсациям давления на поверхности пластины, полученным в импульсной аэродинамической трубе ИТ-302М  ИТПМ СО РАН [1]. Показано, что покрытия из ВПЯМ эффективно работают для подавления акустических возмущений при гиперзвуковом обтекании тел колебательно возбужденными газами.
В рамках второго направления  выполнено моделирование сверхзвукового осесимметричного обтекания продольного потоку цилиндра с передней вставкой из ВПЯМ. Сила сопротивления модели потоку измерялась трехкомпонентными тензовесами в сверхзвуковой аэродинамической трубе Т-327В ИТПМ СО РАН при числе Маха М = 4.85 [2]. В численном моделировании  также использовалась дискретная модель пористой среды в виде квадратных элементов, расположенных в  шахматном порядке друг за другом и  закрученных вокруг продольной оси модели. Получено существенное (до 40%) снижение аэродинамического сопротивления цилиндра. Показано, что дискретная модель позволяет получить результаты, согласующиеся с экспериментальными данными, как по весовым измерениям аэродинамиче-ского сопротивления, так и по картинам шлирен-визуализации обтекания.

Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 015-08-03867).

Литература
1. Цырюльников И.С., Маслов А.А., Миронов С.Г.,  Поплавская Т.В., Кириловский С.В. Об эффективности метода звукопоглощающих покрытий в колебательно-возбужденном гиперзвуковом потоке // Письма в ЖТФ. 2015. Т.41. Вып.4. С. 61-67.
2. Фомин В.М., Миронов С.Г., Сердюк К.М. Снижение волнового сопротивления тел в сверхзвуковом потоке пористыми материалами // Письма ЖТФ. 2009. Т. 35. Вып. 3. С. 39-45.


К списку докладов