Комбинированный метод численного решения стационарных уравнений Рейнольдса и его применение к моделированию работы воздухозаборника вспомогательной силовой установки в компоновке с фюзеляжем ЛА

• Автор: Кажан, Егор Вячеславович
• Шифр специальности: 05.07.01
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Жуковский
• Количество страниц: 202 с. : ил.

Оглавление

Глава 1. Математическая постановка задачи

1.1 Система уравнений Рейнольдса, замкнутая моделью

турбулентности ^-со)

1.2 Математические свойства системы уравнений Рейнольдса

1.3 Постановка краевой задачи для уравнений Рейнольдса (на примере задачи о моделировании работы вспомогательной силовой

установки в компоновке с фюзеляжем)

Глава 2. Выбор и анализ численного метода для решения поставленной

задачи

2.1 Анализ некоторых схем на основе модельного уравнения

2.2. Базовый явный метод, основанный на схеме ГКР

2.3. Линеаризованная неявная схема на основе схемы ГКР
2.4. Особенности реализации неявной схемы
2.5. Особенности постановки численных граничных условий
2.6. Комбинированный метод с явной и неявной частями
Глава 3. Тестирование разработанного метода
3.1. Тест 1 - турбулентный пограничный слой на пластине
3.2. Тест 2 - профиль ИАСАОО
3.3. Тест 3 - компоновка фюзеляж-крыло CRM (Common Research Model).

3.4. Тест 4 - Воздухозаборник и элемент мотогондолы
тематической компоновки фюзеляж-крыло-пилон-мотогондола
Выводы к Главе
Глава 4. Применение разработанной методики к моделированию течений в компоновке ВСУ с фюзеляжем J1A
4.1. Расчётные исследования обтекания хвостовой части фюзеляжа и выбор положения створок ресивера ВСУ
4.2. Оценка влияния формы фюзеляжа
4.3. Анализ физических особенностей течения в воздухозаборном устройстве ВСУ
4.4. Валидация расчетной технологии. Интегральные характеристики воздухозаборного устройства ВСУ
4.5. Полуэмпирическая методика оценки потерь на входе в двигатель ВСУ
Выводы к Главе
Выводы
Список использованных источников
Приложение 1. Анализ схем на основе модельного уравнения
Приложение 2. Базовый явный численный метод
Приложение 3. Матрицы неявного численного метода

Введение
Предлагаемая работа является обобщением опыта проведения расчетных и экспериментальных исследований, накопленного в Центральном Аэрогидродинамическом институте (ЦАГИ) и в Центральном Институте Авиационного Моторостроения (ЦИАМ). В 1996 и 2003 годах опубликованы юбилейные сборники статей [1][2], в которых демонстрируется высокий уровень расчетных и экспериментальных работ, выполняемых в ЦАГИ. Эти книги являются основой, сформировавшей научные взгляды автора данной работы. В книге [3] представлен опыт разработки пассажирских магистральных самолетов, который был учтен в практической части настоящей работы. Большой задел, который был создан в ЦИАМ в результате многочисленных теоретических и практических исследований, описан в книге [4]. Численный метод, который был создан С.К.Годуновым [5] и в настоящее время имеет всемирное признание, успешно и плодотворно развивался и совершенствовался в обоих институтах. Автор внимательно изучил книгу [6], в которых подробно описаны все особенности реализации метода Годунова. В ЦАГИ впервые был предложен метод Годунова 2-го порядка аппроксимации по пространству [7], который впоследствии был обобщен на многомерные задачи в ЦИАМ [8]. Явная схема Годунова 2-го порядка аппроксимации по времени [9] зарекомендовала себя как весьма надежный инструмент для решения сложных практических задач и в течение нескольких десятилетий успешно эксплуатируется в ЦАГИ [10]. В последнее время в ЦАГИ исследуется возможность применения идей Годунова в конечно-элементных методах высокого порядка аппрксимации [11]. В ЦИАМ был разработан неявный аналог схемы Годунова [12] применительно к уравнениям Эйлера, который был впоследствии обобщен

нарастающий на всей длине фюзеляжа. Для эффективной работы ВСУ необходимо обеспечить низкие скорости и макисмальную равномерность потока на входе в двигатель. Поэтому распространена ресиверная компоновка входного устройства ВСУ, при которой воздух забирается из потока, обтекающего фюзеляж, через отверстия в корпусе ЛА, прикрываемые поворотными створками. Воздух тормозится перед створками и входит в ресивер - полость в корпусе фюзеляжа, которая имеет достаточно большие размеры по сравнению с входными отверстиями в корпусе. В ресивере поток выравнивается и его неоднородность снижается. В глубине ресивера расположен патрубок воздухозаборника двигателя ВСУ, через который воздух попадает в компрессор.
! выпускное |устройство
Рисунок 1. Схема компоновки ВСУ в корпусе ЛА