Волны неустойчивости и исследование возможности управления ими в турбулентных струях

• Автор: Фараносов, Георгий Анатольевич
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 161 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1 ВОЛНЫ НЕУСТОЙЧИВОСТИ В ТЕЧЕНИЯХ С РАЗРЫВОМ ПОЛЯ СКОРОСТИ
1.1 Абсолютная и конвективная неустойчивость
1.2 Неустойчивость Кельвина-Гельмгольца и возможность регуляризации неустойчивой системы неограниченного роста
1.3 Неустойчивость полубесконечного тангенциального разрыва, образующегося за кромкой сопла
1.3.1 Плоская струя
1.3.2 Цилиндрическая струя
Выводы к Главе
ГЛАВА 2 РАЗВИТИЕ СТРАТЕГИИ СНИЖЕНИЯ ШУМА, ОСНОВАННОЙ НА УПРАВЛЕНИИ ВОЛНАМИ НЕУСТОЙЧИВОСТИ
2.1 Волны неустойчивости в течениях со скачком скорости и температуры
2.2 Исследование принципиальной возможности управления шумом, связанной с воздействием на волны неустойчивости
2.3 Управление искусственно созданной волной неустойчивости
2.3.1 Плоская струя
2.3.2Цилиндрическая струя
Выводы к Главе
ГЛАВА 3 СТРУКТУРА АКУСТИЧЕСКОГО ПОЛЯ ВБЛИЗИ КРОМКИ СОПЛА И ВОЗМОЖНОСТЬ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ,
НЕОБХОДИМЫХ ДЛЯ УПРАВЛЕНИЯ ВОЛНОЙ НЕУСТОЙЧИВОСТИ
3.1 Асимптотическое разложение поля вблизи кромки сопла
3.1.1 Плоская струя
3.1.2 Цилиндрическая струя
3.2 Определение параметров, необходимых для управления волной
неустойчивости, из структуры поля вблизи кромки сопла
Выводы к Главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА
ВВЕДЕНИЕ

Несмотря на значительные достижения по уменьшению шума струи авиационного реактивного двигателя, он всё ещё остается одним из основных источников шума самолета на взлете [1-3]. Как следствие, для снижения шума самолета в целом с необходимостью требуется заметное снижение шума струи, причем крайне желательно, чтобы это снижение шума не сказалось на рабочих характеристиках авиационного двигателя.
Применяемые в настоящее время способы снижения шума струи [1, 2] в значительной мере исчерпали свой потенциал [2-4]. Поэтому ощущается необходимость, наряду с развитием традиционных подходов в проблеме снижения шума авиационных двигателей, выдвигать и использовать новые идеи, в том числе и идеи, основанные на попытках активного управления шумом турбулентных струй. Однако в настоящее время попытки применения различных актуаторов для снижения шума струи основаны, по сути, на методе проб и ошибок (перебор параметров и пространственных конфигураций), что ставит создание системы активного управления в зависимость от удачи экспериментатора [5-8].
Главная проблема реализации идеи активного управления упирается в отсутствие концептуальной проработки самой стратегии снижения, что в свою очередь отражает наше недостаточное понимание основных механизмов образования шума, поскольку для устранения причины шума, т.е. активного воздействия на излучающую часть турбулентности, требуется, во всяком случае, понимание основных механизмов возникновения этой причины, т.е. понимания структуры и свойств излучающей турбулентности. Здесь ситуация оказывается принципиально различной для высокоскоростных и низкоскоростных струй. Для высокоскоростных струй механизм шумообразования во многом понятен и связан с волнами неустойчивости, развивающимися от сопла вниз по потоку. Эта ситуация существенно

Рассмотрим ту же задачу для вихревого слоя с постоянной завихренностью Q0, расположенного между сечениями у = ±у0 (Рис. 8).
Т.к. течение вихревое, удобно ввести во всем пространстве функцию тока у/:
_ ду/
^X -Л
я (25)

Vy ~ ~ дх'
При этом условии несжимаемости divP - 0 выполняется автоматически, а условие rot Г — Q0 перепишется в виде
Ау/ = -П0. (26)
В качестве данных Коши будут рассматриваться только возмущения границы слоя, не меняющие величины завихренности по слою.
Тогда из уравнения Гельмгольца
fr0' (27)
где D/Dt = d/8t + V0(y)d/dx, следует, что эволюция вихревой пелены будет происходить при неизменной величине завихренности по слою только за счет деформации жидких границ. Система уравнений (25)-(27) вместе с условиями на бесконечности полностью описывает динамику вихревой пелены.
Если записать уравнения жидких границ в неявном виде
F]2(x,y,t) = 0, (28)

F'l=y-y0~£fi(x,t),
Fl = yJry0-Ef1{x,t), то уравнение Гельмгольца (27) сведется к двум уравнениям, описывающим эволюцию границ