Анализ структуры течения в сверхзвуковом канале с каверной
- Авторы: Селезнев Р.К.1,2
-
Учреждения:
- Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова
- Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
- Выпуск: № 1 (2024)
- Страницы: 83-90
- Раздел: Статьи
- URL: https://kazanmedjournal.ru/1024-7084/article/view/672134
- DOI: https://doi.org/10.31857/S1024708424010052
- EDN: https://elibrary.ru/sdutvs
- ID: 672134
Цитировать
Аннотация
Представлены результаты численного исследования сверхзвукового канала с каверной. Рассчитанные спектры колебаний анализируются с использованием быстрого преобразования Фурье. В полученном периодическом автоколебательном режиме можно выделить два типа колебательных мод. Первый тип мод соответствует акустическим колебаниям, вызванных прохождением звуковых волн вдоль каверны и рассчитанных с помощью модифицированной формулы Росситера. Второй тип мод соответствует частотам расходных колебаний, которые вызваны массообменном между каверной и внешним потоком. Показано изменение структуры течения при подаче топлива перед каверной. Активное горение происходит в слое смешения топлива и кислорода из воздуха. Картина течения демонстрирует возникновение неустойчивости Кельвина–Гельмгольца на границе раздела основного потока и прореагировавшего газа. Показано, что увеличение давления подаваемого топлива приводит к уменьшению частоты колебаний и увеличению характерного размера колебаний.
Полный текст

Об авторах
Р. К. Селезнев
Всероссийский научно-исследовательский институт автоматики им. Н.Л. Духова; Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
Автор, ответственный за переписку.
Email: rkseleznev@gmail.com
Россия, Москва; Москва
Список литературы
- Seleznev R.K., Surzhikov S.T., Shang J.S. A review of the scramjet experimental data base // Prog. Aerosp. Sci. Elsevier Ltd, 2019. V. 106. № February. P. 43–70.
- Seleznev R.K. History of scramjet propulsion development // J. Phys. Conf. Ser. 2018. V. 1009. № 1. P. 012028.
- Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л., Дядькин А.А., Михайлов М.В., Рыбак С.П., Даньков Б.Н., Косенко А.П. Двухэтапная RANS-DDES-модель и результаты расчета нестационарных воздействий на возвращаемый аппарат и двигательный отсек космического корабля при их аварийном разделении // Математическое моделирование. 2021. Т.33. № 7. С. 121–138.
- Rossiter J.E. Wind tunnel experiments on the flow over rectangular cavities at subsonic and transonic speeds // Aeronautical Research Council Reports & Memoranda. October 1964. № 3438.
- Beranek B. Aerodynamically induced pressure osillations in cavities – physical mechanisms and suppression concepts // Airf. flight Dyn. Lab. 1975.
- Даньков Б.Н., Дубень А.П., Козубская Т.К. Анализ автоколебательных процессов в каверне с открытым типом течения на основе данных вихреразрешающих расчетов // Изв. РАН. МЖГ. 2023. № 4. С. 156–166.
- Заугольников Н.Л., Коваль М.А., Швец А.И. Пульсации потока газа в кавернах при сверхзвуковом обтекании // Изв. АН СССР. МЖГ. 1990. № 2. С. 121–127.
- Hankey W.L., Shang J.S. Analyses of Pressure Oscillations in an Open Cavity // AIAA J. 1980. Vol. 18, № 8. P. 892–898.
- Vakili A.D., Gauthier C. Control of cavity flow by upstream mass injection // AIAA 22nd Fluid Dyn. Plasma Dyn. Lasers Conf. 1991. 1991. V. 31. № 1.
- Vakili A.D. et al. Active control of cavity aeroacoustics in high speed flows // 33rd Aerosp. Sci. Meet. Exhib. 1995.
- Pandian S., Desikan S.L.N., Niranjan S. Experimental investigation of starting characteristics and wave propagation from a shallow open cavity and its acoustic emission at supersonic speed // Phys. Fluids. 2018. V. 30. № 1.
- Wang H., Wang Z., Sun M. Experimental study of oscillations in a scramjet combustor with cavity flameholders // Exp. Therm. Fluid Sci. Elsevier Inc. 2013. V. 45. P. 259–263.
- Даньков Б.Н., Дубень А.П., Козубская Т.К. Численное моделирование возникновения автоколебательного процесса возле трехмерного обратного уступа при трансзвуковом режиме обтекания // Изв. РАН. МЖГ. 2016. № 4. P. 108–119.
- Choi J.Y., Ma F., Yang V. Combustion oscillations in a scramjet engine combustor with transverse fuel injection // Proc. Combust. Inst. 2005. V. 30 II. P. 2851–2858.
- Choi J.Y., Yang V. Dynamics of reactive fuel-jet in scramjet combustor with a flame-holding cavity // 39th AIAA/ASME/SAE/ASEE Jt. Propuls. Conf. Exhib. 2003. № July. P. 1–7.
- Choi J.Y. et al. Detached Eddy simulation of combustion dynamics in scramjet combustors // Collect. Tech. Pap. – 43rd AIAA/ASME/SAE/ASEE Jt. Propuls. Conf. 2007. V. 1. № July. P. 231–237.
- Калашник М.В., Чхетиани О.Г. Генерация волн на поверхности раздела вихревыми возмущениями в сдвиговом потоке // Изв. РАН. МЖГ. 2014. № 3. С. 98–109.
- Липатов И.И., Тугазаков Р.Я. Образование когерентных структур при сверхзвуковом обтекании пластины конечного размаха // Изв. РАН. МЖГ. 2015. № 6. С. 93–99.
- Липатов И.И., Тугазаков Р.Я. Механизм образования поперечных структур при обтекании тела сверхзвуковым потоком газа // Изв. РАН. МЖГ. 2014. № 5. С. 134–141.
- Surzhikov S.T. On two-dimensional numerical modeling of the Burrows — Kurkov experimental data on hydrogen combustion in a supersonic air flow usingNS/RANS equations // Phys. Kinet. Gas Dyn. 2021. V. 22. № 4. P. 88–124.
- Суржиков С.Т. Термогазодинамика модельной камеры сгорания этилена в сверхзвуковом потоке // Изв. РАН. МЖГ. 2022. № 3. С. 115–134.
- Surzhikov S.T. Results of the Use of Algebraic Models of Turbulence in the Framework of the RANS Model of Heating the Surface of a Sharp Plate in a Supersonic Flow Результаты использования алгебраических моделей турбулентности в рамках RANS модели нагрева поверхности ос. 2023. V. 24. № 3. P. 1–49.
- Seleznev R.K. Numerical study of the flow structure in the supersonic inlet-isolator // J. Phys. Conf. Ser. 2018. V. 1009. P. 012034.
- Селезнев Р.К. Численное исследование ПВРД и ГПВРД режимов работы камеры сгорания HIFiRE-2 // Изв. РАН. МЖГ. 2022. № 6. С. 64–73.
- Seleznev R.K. Validation of 3D model by the example of a supersonic inlet-isolator // J. Phys. Conf. Ser. 2018. V. 1009. P. 012031.
- Seleznev R.K. Validation of two-dimensional model by the example of a supersonic inlet-isolator // J. Phys. Conf. Ser. 2018. V. 1009. P. 012030.
- Surzhikov S. et al. Unsteady Thermo-Gasdynamic Processes in Scramjet Combustion Chamber with Periodical Input of Cold Air // 50th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference. Reston, Virginia: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2014. P. 25.
- Селезнев Р.К. Исследование структуры течения в модельном воздухозаборнике ГПВРД с поперечной подачей водородного топлива в сверхзвуковой поток // Изв. РАН. МЖГ. 2021. № 3. С. 30–38.
- Суржиков С.Т. Аэрофизика обтекания затупленного клина конечных размеров // Изв. РАН. МЖГ. 2021. № 5. P. 89–102.
- Суржиков С.Т. Теплообмен и ионизация при неравновесном обтекании затупленной пластины гиперзвуковым потоком // Изв. РАН. МЖГ. 2021. № 6. P. 109–124.
- Edwards J. et al. Low-diffusion flux-splitting methods for flows at all speeds // 13th Computational Fluid Dynamics Conference. Reston, Virigina: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1997. V. 36. № 9.
- Суржиков С.Т. Метод расчета сверхзвукового обтекания сферы на основе AUSM конечно-разностных схем // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2005. V. 3. № 60. P. 7–34.
- Coakley T. Turbulence modeling methods for the compressible Navier-Stokes equations // 16th Fluid and Plasmadynamics Conference. Reston, Virigina: American Institute of Aeronautics and Astronautics, 1983.
- Evans J.S., Schexnayder C.J. Influence of Chemical Kinetics and Unmixedness on Burning in Supersonic Hydrogen Flames // AIAA J. 1980. V. 18. № 2. P. 188–193.
- Seleznev R., Surzhikov S. Generalized Newton Method For Solving Differential Equations of Chemical Kinetics // 44th AIAA Thermophysics Conference. Reston, Virginia: American Institute of Aeronautics and Astronautics. 2013. P. 1–17.
Дополнительные файлы
