Распространение акустических волн в неоднородных течениях силовых установок летательных аппаратов

• Автор: Нюхтиков, Михаил Анатольевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 162 с. : ил

Оглавление
Введение

Глава 1 Общие принципы построения оптимизированных разностных схем.

Раздел 1.1 Фурье анализ пространственной дискретизации высокого порядка

Раздел 1.2 Особенности использования схем Рунге-Кута для расчета распространения волн

Раздел 1.3 Схемы Рунге-Кута с Низкой Диссипацией и Дисперсией

Раздел 1.3.1 Минимизация диссипативных и дисперсионных ошибок

Раздел 1.3.2 Оптимизированные 2-х шаговые схемы с чередованием коэффициентов

Раздел 1.3.3 Описание метода малых возмущений коэффициентов

Раздел 1.3.4 Реализация схемы Рунге-Кутта с низкими затратами памяти

Глава 2 Численный метод
Раздел 2.1 Основная система уравнений
Раздел 2.2 Обобщение 01?Р схем для метода конечных объемов
Раздел 2.3 Обобщение разностной схемы на трехмерный случай
Глава 3 Постановка граничных условий
Раздел 3.1 Общие соображения
Раздел 3.2. Граница с присоединенной подобластью
Раздел 3.3 Граница типа «твердая поверхность»
Раздел 3.4 Г раница с выносом возмущений
Раздел 3.5 Г раница с вносом возмущений
Приложение 3.1 Характеристический анализ одномерной системы уравнений
Глава 4 Проверка работы численного метода
Раздел 4.1 Распространение звуковой волны в покоящейся среде в одномерном случае.
Раздел 4.2 Распространение звуковой волны в покоящейся среде в
двумерном случае
Раздел 4.3 Расчет волн неустойчивости в плоском слое смешения
Г лава 5 Распространение и генерация звука волнами
неустойчивости в сверхзвуковой осесимметричной
струи Мс= 2.1 1^
Раздел 5.1 Расчет среднего поля течения сверхзвуковой осесимметричной струи Мс = 2.
Раздел 5.2 Распространение и генерация звука волнами
Г лава 6 Распространение звука в канале и ближнем поле осесимметричного воздухозаборника для М = 0.3 внешнего потока

неустойчивости в сверхзвуковой осесимметричной
струе Мс = 2.1
Раздел 6.1 Расчет среднего поля течения осесимметричного воздухозаборника М = 0.3 внешнего потока.
Раздел 6.2 Расчет распространения звука в канале и ближнем поле осесимметричного воздухозаборника для М = 0.
Заключение
Литература

Введение
Интенсивное развитие авиационной техники, создание нового поколения пассажирских и транспортных самолетов потребовали решения ряда сложных научно-технических задач в области аэродинамики, прочности, двигателестроения, приборостроения, материаловедения и технологии. Проблема снижения шума самолетов, являющаяся частью общей проблемы охраны окружающей среды, приобрела важное значение в авиации. Вот, почему акустические характеристики пассажирских самолетов стали одним из показателей, определяющих их конкурентоспособность. С целью ограничения роста авиационного шума разработаны стандарты, соблюдение которых является необходимым условием эксплуатации пассажирских самолетов. Поэтому очень важной практической проблемой является проблема расчета акустических характеристик современных двигателей. Реактивный двигатель является сложным источником шума, поскольку шум образуется во всех его узлах: компрессоре, вентиляторе, камере сгорания, турбине и реактивном сопле. Кроме того, значительным источником шума является реактивная струя, шум которой генерируется в процессе ее смешения с окружающим воздухом.
В рамках этой работы мы рассмотрим две практических задачи:
Первая, шум холодной сверхзвуковой реактивной струи с Мс=2.1. Эта задача имеет важное практическое значение при проектировании сверхзвукового пассажирского самолета второго поколения.
Вторая, распространение плоской звуковой волны в канале дозвукового воздухозаборника при наличии внешнего течения с М=0.3. Эта задача имеет важное практическое значение при оценке шума дозвуковых пассажирских самолетов.
Рассмотрим основные общепринятые методики расчета шума, известные на сегодняшний день. Все существующие методы моделирования звука можно разделить на три группы: полуимперические модели, методы прямого

Оптимизированные коэффициенты для схем 3-го порядка приведены в таблице 1.3.2. Графики модуля коэффициента перехода и фазы коэффициента перехода в зависимости от безразмерного волнового числа для этих схем приведены на рисунках 1.3.5-1.3.8. Оптимизированные коэффициенты для схем 4-го порядка приведены в таблице 1.3.3. Соответствующие этим схемам графики модуля коэффициента перехода и фазы коэффициента перехода приведены на рисунках 1.3.1-1.3.4.
Из таблицы 1.3.1 видно, что оптимизированная 5-ти шаговая схема 2-го порядка может более эффективна, чем 4-х шаговая того же порядка, так как граница точности увеличивается ~1.5 раза, что превосходит вычислительные затраты на добавочный шаг. С другой стороны, оптимизированная 6-ти шаговая схема четвертого порядка (см. таблицу 1.3.3 схема 6(4)) имеет меньший предел устойчивости, чем 5-ти шаговая схема того же порядка, хотя граница у этой схемы граница точности совпадает с границей устойчивости. Эта схема может быть использована для расчетов на сетках с примерно одинаковым размером ячеек. Схемы с существенной разницей между пределом устойчивости и точности могут быть использованы для проведения расчетов, где есть области сильного локального сгущения сетки (такие как слой смешения, струйные течения и т.д.). Если, при проведении подобных расчетов, мы выберем шаг по времени, соответствующий пределу устойчивости, то мы все равно обеспечим необходимую точность решения, так как количество ячеек малого размера невелико и они занимают небольшую область пространства. Поэтому в этом случае ошибки просто не успеют накопиться.
Раздел 1.3.2 Оптимизированные 2-х шаговые схемы с чередованием коэффициентов.
Здесь мы рассмотрим те схемы, в которых используются различные коэффициенты в 2-х последовательно чередующихся шагах по времени. Причем, речь идет не о дробных шагах схемы, а об двух последовательных