Анализ аэроакустических характеристик расчетной сверхзвуковой струи на основе данных численного моделирования
- Авторы: Бычков О.П.1, Миронюк И.Ю.1, Солнцев И.А.1, Фараносов Г.А.1, Юдин М.А.1
-
Учреждения:
- ФАУ ЦАГИ, Научно-исследовательский Московский комплекс ЦАГИ
- Выпуск: Том 70, № 3 (2024)
- Страницы: 110-124
- Раздел: АТМОСФЕРНАЯ И АЭРОАКУСТИКА
- URL: https://kazanmedjournal.ru/0320-7919/article/view/648424
- DOI: https://doi.org/10.31857/S0320791924030111
- EDN: https://elibrary.ru/ZLUGRX
- ID: 648424
Цитировать
Аннотация
Проведено численное моделирование аэроакустических характеристик сверхзвуковой струи, истекающей из сопла Лаваля в покоящееся пространство на расчетном режиме (число Маха М = 2). Представлены результаты расчетов методом моделирования крупных вихрей (LES). Получены средние и пульсационные характеристики течения в струе, а также характеристики шума струи в дальнем поле, включая его азимутальный состав. Проведено сопоставление результатов расчета с экспериментальными данными и показано их удовлетворительное соответствие. Сделан вывод о наличии различных механизмов генерации шума в рассматриваемой струе.
Ключевые слова
Об авторах
О. П. Бычков
ФАУ ЦАГИ, Научно-исследовательский Московский комплекс ЦАГИ
Email: georgefalt@rambler.ru
Россия, Москва
И. Ю. Миронюк
ФАУ ЦАГИ, Научно-исследовательский Московский комплекс ЦАГИ
Email: georgefalt@rambler.ru
Россия, Москва
И. А. Солнцев
ФАУ ЦАГИ, Научно-исследовательский Московский комплекс ЦАГИ
Email: georgefalt@rambler.ru
Россия, Москва
Г. А. Фараносов
ФАУ ЦАГИ, Научно-исследовательский Московский комплекс ЦАГИ
Автор, ответственный за переписку.
Email: georgefalt@rambler.ru
Россия, Москва
М. А. Юдин
ФАУ ЦАГИ, Научно-исследовательский Московский комплекс ЦАГИ
Email: georgefalt@rambler.ru
Россия, Москва
Список литературы
- Lighthill M.J. On sound generated aerodynamically: I. General theory // Proc. Royal Soc. Series A. 1952. V. 211. P. 564−581.
- Седельников Т.Х. О частотном спектре шума сверхзвуковой струи. Физика аэродинамических шумов. М.: Наука, 1967. 83.
- Tam C.K.W., Burton D.E. Sound generated by instability waves of supersonic flows: Part 2. Axisymmetric jets // J. Fluid Mech. 1984. V. 138. P. 273−295.
- Kopiev V., Chernyshev S., Zaitsev M., Kuznetsov V. Experimental validation of instability wave theory for round supersonic jet // AIAA Paper. 2006. AIAA-2006–2595.
- Зайцев М.Ю., Копьев В.Ф., Чернышев С.А. Экспериментальное исследование роли волн неустойчивости в механизме излучения шума сверхзвуковой струей // Изв. РАН. МЖГ. 2009. № 4. С. 124−133.
- Kopiev V., Zaitsev M., Chernyshev S., Ostrikov N. Vortex ring input in subsonic jet noise // Int. J. Aeroacoustics. 2007. V. 6. № 4. P. 375−405.
- Tam C., Aurialt L. Jet mixing noise from fine-scale turbulence // AIAA Journal. 1999. V. 37. № 2. P. 145–153.
- Goldstein M.E. A generalized acoustic analogy // J. Fluid Mech. 2003. V. 488. P. 315−333.
- Копьев В.Ф., Чернышев С.А. Новая корреляционная модель каскада турбулентных пульсаций как источника шума в струях // Акуст. журн. 2012. Т. 58. № 4. С. 482−497.
- Tam C.K., Viswanathan K., Ahuja K.K., Panda J. The sources of jet noise: experimental evidence // J. Fluid Mech. 2008. V. 615. P. 253−292.
- Крашенинников С.Ю., Миронов А.К., Бендерский Л.А. Анализ шумообразования турбулентных струй на основании исследования их ближнего акустического поля // Акуст. журн. 2018. Т. 64. С. 704−717.
- Бычков О.П., Зайцев М.Ю., Копьев В.Ф., Фараносов Г.А., Чернышев С.А. О двух подходах к моделированию шума низкоскоростных дозвуковых струй // Докл. Росс. Акад. Наук. Физика, Технические Науки. 2022. Т. 506. № 1. С. 16−25.
- Копьев В.Ф., Чернышев С.А. Анализ вторичного звукового излучения в акустической аналогии с оператором распространения, содержащим вихревые моды // Акуст. журн. 2022. Т. 68. С. 647−669.
- Kopiev V.F. On the possibility and prospects of turbulent flow noise control // CD-ROM Proceedings. FM11-12156. XXI ICTAM. 15-21 August 2004. Warsaw. Poland.
- Копьев В.А., Панкратов И.В., Копьев В.Ф., Ульяницкий В.Ю. Разработка плазменного актуатора на основе барьерного разряда для управления шумом турбулентной струи, истекающей из сверхзвукового сопла // Сборник Тезисов Всероссийского аэроакустического форума. 2021. С. 110−111.
- Shur M.L., Spalart P.R., Strelets M.Kh. Noise Prediction for Increasingly Complex Jets. Part I: Methods and Tests. Part II: Applications // Int. J. Aeroacoustics. 2005. V. 4. № 3−4. P. 213−266.
- Faranosov G.A., Goloviznin V.M., Karabasov S.A., Kondakov V.G., Kopiev V.F., Zaitsev M.A. CABARET method on unstructured hexahedral grids for jet noise computation // Computers & Fluids. 2013. V. 88. P. 165−179.
- Markesteijn A.P., Karabasov S.A. GPU CABARET solver extension to handle complex geometries utilizing snappyHexMesh with asynchronous time stepping // AIAA Paper. 2017. AIAA-2017-4184.
- Duben A.P., Kozubskaya T.K. Evaluation of quasi-one-dimensional unstructured method for jet noise prediction // AIAA Journal. 2019. V. 57. № 12. P. 5142−5155.
- Brès G.A., Lele S.K. Modelling of jet noise: a perspective from large-eddy simulations // Phil. Trans. Royal Soc. A. 2019. V. 377. P. 20190081.
- Faranosov G.A., Kopiev V.F., Karabasov S.A. Application of azimuthal decomposition technique for validation of CAA methods // AIAA Paper. 2013. AIAA-2013-2238.
- Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1969. 824 с.
- Najafi-Yazdi A., Brès G.A., Mongeau L. An acoustic analogy formulation for moving sources in uniformly moving media // Proc. Royal Soc. A. 2011. V. 467. P. 144−165.
- Ozawa Y., Ibuki T., Nonomura T., Suzuki K., Komuro A., Ando A., Asai K. Single-pixel resolution velocity/convection velocity field of a supersonic jet measured by particle/schlieren image velocimetry // Experiments in Fluids. 2020. V. 61. № 129. P. 1−18.
- Бычков О.П., Фараносов Г.А. О связи пульсаций скорости и давления на оси и в ближнем поле турбулентной струи // Изв. РАН. МЖГ. 2021. № 4. С. 41−51.
- Witze P.O. Centerline velocity decay of compressible free jets // AIAA Journal. 1974. V. 12. № 4. P. 417−418.
- Bridges J., Wernet M. Establishing consensus turbulence statistics for hot subsonic jets // AIAA Paper. 2010. AIAA-2010-3751.
- Welch P. The use of fast Fourier transform for the estimation of power spectra: a method based on time averaging over short, modified periodograms // IEEE Trans. Audio Electroacoust. 1967. V. 15. № 2. P. 70−73.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М.: Наука, 1986. 736 с.
- Kopiev V.F., Zaitsev M.Yu., Chernyshev S.A. Sound radiation from a free vortex ring and a ring crossing an obstacle // AIAA Paper. 1998. AIAA-1998-2371.
- Зайцев М.Ю., Копьев В.Ф., Котова А.Н. Представление звукового поля турбулентного вихревого кольца суперпозицией квадруполей // Акуст. журн. 2001. Т. 47. № 6. С. 793−801.
- Зайцев М.Ю., Копьев В.Ф. Механизм генерации звука турбулентностью вблизи твердого тела // Изв. РАН МЖГ. 2008. Т. 43. №. 1. С. 98−109.
- Бычков О.П., Копьев В.Ф., Фараносов Г.А. Азимутальная декомпозиция шума струи, истекающей из двухконтурного сопла // Акуст. журн. 2022. Т. 68. № 4. С. 415−426.
- Faranosov G., Belyaev I., Kopiev V., Zaytsev M., Aleksentsev A., Bersenev Y., Chursin V., Viskova T. Adaptation of the azimuthal decomposition technique to jet noise measurements in full-scale tests // AIAA Journal. 2017. V. 55. № 2. P. 572−584.
- Faranosov G., Belyaev I., Kopiev V., Bychkov O. Azimuthal structure of low-frequency noise of installed jet // AIAA Journal. 2019. V. 57. № 5. P. 1885–1898.
- Towne A., Cavalieri A.V., Jordan P., Colonius T., Schmidt O., Jaunet V., Brès G.A. Acoustic resonance in the potential core of subsonic jets // J. Fluid Mech. 2017. V. 825. P. 1113−1152.
- Bogey C. Tones in the acoustic far field of jets in the upstream direction // AIAA Journal. 2022. V. 60. № 4. P. 2397−2406.
- Cavalieri A.V.G., Rodriguez D., Jordan P., Colonius T., Gervais Y. Wavepackets in the velocity field of turbulent jets // J. Fluid Mech. 2013. V. 730. P. 559−592.
- Lush P.A. Measurements of subsonic jet noise and comparison with theory // J. Fluid Mech. 1971. V. 46. № 3. P. 477−500.
- Бычков О.П., Фараносов Г.А. Экспериментальное исследование и теоретическое моделирование шума взаимодействия струи и крыла самолета // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 4. С. 437−453.
- Kopiev V., Chernyshev S. Correlation model of quadrupole noise sources in turbulent jet: effect of refraction // AIAA paper. 2015. AIAA-2015-3130.
- Cavalieri A.V.G., Jordan P., Colonius T., Gervais Y. Axisymmetric superdirectivity in subsonic jets // J. Fluid Mech. 2012. V. 704. P. 388−420.
Дополнительные файлы
