Семинар по аэромеханике
Исванд Хассан
(НИИ Мех МГУ)
Численное и физическое моделирование автоколебаний и авторотации тел в неограниченном потоке.
Исследован вопрос об адекватном численном моделировании эволюции реальных свободных вихревых слоёв, возникающих при отрыве с острых кромок, в рамках метода дискретных вихрей. Обнаружено, что двумерные вихревые слои конечной толщины целесообразно представлять в виде нескольких параллельных цепочек бесконечных вихревых нитей.
Получено, что при моделировании слоя двумя и более цепочками дискретных вихрей характеристики его устойчивости при периодических возмущениях оказываются близкими к реальным, т.е. зависимость инкремента возрастания амплитуды возмущения от длины волны согласуется с теорией Рэлея для непрерывного слоя конечной толщины. Также получено, что в свободных слоях смешения, моделируемых двумя и более цепочками, при локализованном начальном возмущении развивается неустойчивость Кельвина-Гельмгольца с длиной волны, близкой к точке максимума для инкремента возрастания амплитуды периодического возмущения.
На основе предложенной модификации метода дискретных вихрей осуществлено численное моделирование двумерного нестационарного отрывного обтекания несжимаемой средой симметричной системы пластин, неподвижно закрепленных на круговом цилиндре ортогонально к его поверхности (рассмотрены случаи двух пластин и четырех пластин) при наличии у данной конструкции одной вращательной степени свободы. В результате расчетов получено, что в зависимости от числа пластин, от их относительной длины и от начального угла наклона выделенной пластины к вектору скорости набегающего потока возможны два принципиально различных режима поведения конструкции: свободные колебания около положения с углом наклона, близким к 90 градусам, для случая двух пластин и с углом наклона, близким к 45 градусам, для случая четырех пластин и свободное вращение за счет взаимодействия с набегающим потоком. Определены области изменения параметров, для которых в расчете реализуется тот или иной режим.
Проведено экспериментальное исследование поведения аналогичных конструкций в случае конечной длины цилиндра при их обтекании дозвуковым потоком воздуха и подтверждено предсказанное на основе численного моделирования существование режимов автоколебаний и авторотации исследуемых тел, а также различных переходных режимов. Получено, что режим авторотации реализуется при начальных углах атаки выделенной пластины, близких к 0 градусов, а режим автоколебаний - при начальных углах атаки, близких к 90 градусам, в случае двух пластин и при начальных углах атаки, близких к 45 градусах, в случае четырех пластин, что качественно соответствует результатам расчетов. Получено, что с ростом относительной длины пластин диапазон начальных углов атаки, для которого выход на режим авторотации происходит сразу после освобождения конструкции, сначала расширяется, а затем сужается, что качественно соответствует результатам расчетов.
Подробности о семинаре.