Автореферат (1145328)
Текст из файла
На правах рукописиБулат Павел ВикторовичСТАЦИОНАРНЫЕ ГАЗОДИНАМИЧЕСКИЕ РАЗРЫВЫ И УДАРНОВОЛНОВЫЕ СТРУКТУРЫСпециальность: 01.02.05 – Механика жидкости, газа и плазмыАВТОРЕФЕРАТДиссертации на соискание ученой степенидоктора физико-математических наукСанкт-Петербург - 2017Работа выполнена в Университете ИТМО Министерства образования инауки Российской Федерации в Международном научном подразделенииЛаборатория «Механики и энергетических систем».ОфициальныеоппонентыПирогов Сергей Юрьевич,Доктор технических наук, доцент, Федеральноегосударственное казенное военное образовательноеучреждение высшего образования «Военнокосмическая академия имени А.Ф.Можайского»Министерства обороны Российской Федерации,старший преподаватель кафедры конструкции ракетносителей и ракетных двигателей.Исаев Сергей Александрович,Доктор физико-математических наук, профессор,Санкт - Петербургский государственный университетгражданской авиации (СПбГУГА), Профессоркафедры "механики".Раваев Александр Александрович,Доктор физико-математических наук, заместительдиректора научно-технического центра плазменныхтехнологий Московского радиотехническогоинститута Российской Академии Наук.Ведущая организация Балтийский государственный техническийуниверситет "ВОЕНМЕХ" им.Д.Ф.УстиноваЗащита диссертации состоится “__” _______ 2017 г.
в _____ часов назаседании диссертационного совета Д 212.232.30 по защите докторских икандидатских диссертаций при Санкт-Петербургском государственномуниверситете по адре су: 198504, Санкт-Петербург, Петродворец,Университетский пр., 28, математико-механический факультет, ауд. 405.С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Научной библиотекеим.Горького Санкт-Петербургского государственного университета по адресу:199034, Санкт-Петербург, Университетская наб., 7/9 и на сайте https://disser.spbu.ru/disser/soiskatelyu-uchjonoj-stepeni/dis-list/details/14/986.html.Автореферат разослан “___” ___________ 2017 г.Ученый секретарь диссертационного совета,доктор физ.-мат.
наук, профессор:Кустова Е.В.S2ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность проблемы. Научная проблема, на решение которойнаправлена работа - создание научных и методологических основ примененияоптимальных ударно-волновых структур в аэрокосмической технике, с учетомих перестроек, возможной неоднозначности решений и гистерезиса.Полеты сверхзвуковых летательных аппаратов (ЛА) неразрывно связаны собразованием и трансформациями ударно-волновых структур (УВС).Газодинамические разрывы (ГДР), например, ударные волны, тангенциальныеи контактные разрывы, образуются при сверхзвуковом обтекании внешнейповерхности ЛА, сжатии воздуха в воздухозаборниках (ВЗ), истечении газа изсопел двигателей.
Пересечение разрывов между собой и с преградаминазывается интерференцией. В результате интерференции разрывовобразуются УВС, состоящие из ГДР и волн различного типа.При плавном изменении множества параметров УВС трансформируются,изменяются углы наклона разрывов и их интенсивности. В процессетрансформации может произойти структурная пере стройка УВС,сопровождающаяся сменой топологии, т.е.
ветвлением разрывов, входящих вУВС, их возникновением или, наоборот, исчезновением. Такие множествапараметров называются особыми или точками бифуркации. Изучениютрансформаций и перестроек УВС при изменении множества параметровпосвящена настоящая работа. Используется модель идеального газа, кроме техслучаев, когда несовершенство газа специально оговорено.Теория интерференции ГДР активно развивается, начиная с 40-50-х годовXX века, что было связано с разработкой первых сверхзвуковых самолетов иракет. Среди зарубежных научных школ сегодня выделяются школы Бена-Дораи Эльперина (G.Ben Dor, T.Elperin, Израиль), Такаямы (K.Takayama, Япония) иСкейза (Beric W.Skews, ЮАР).В нашей стране большой вклад в развитиетеории внесли научные школы Г.Г.Черного - А.Н.Крайко - В.А.Левина (ЦИАМ,Институт Механики МГУ), М.С.Иванова (Институт Теоретической иS3Прикладной Механики Сибирского Отделения Академии наук - ИТПМ) иВ.Н.Ускова (Ленинградский Механический институт, ныне - БалтийскийГосударственный Технический Университет "ВОЕНМЕХ").Основные разделы теории в современном виде сформулированы В.Н.Усковым в начале 80-х годов XX века.
Известно, что интерференция ГДР можетбыть регулярной и маховской. В последнем случае образуется тройныеконфигурации ударных волн (ТК). Для маховской интерференции полная теорияотсутствует, но В.Н. Усковым была разработана методика расчета параметровразрывов в отдельных ТК.В ряде случаев законы сохранения допускают существование и регулярной,и маховской интерференции. Тогда говорят о неоднозначности решения.Эксперименты показывают, что реализация того или иного решения зависит отнаправления изменения параметров УВС и предыстории течения, т.е. возможенгистерезис. Надежные критерии отбора решений отсутствуют и законысохранения на разрывах в принципе не позволяют из разработать.Таким образом, существующая теория является неполной и "статической",т.е.
непригодной для изучения переходных ударно-волновых процессов. В 60-еи 70-е годы ХХ века такое положение дел не было серьезным препятствием дляразработки сверхзвуковых ЛА, которые рассчитывались тогда на узкийдиапазон скоростей и без учета возможных перестроек УВС.В 90-е годы начались масштабные исследования гиперзвуковых ЛА,детонационных двигателей и волнолетов, проектировать которые без учетатрансформаций, перестроек УВС в условиях гистерезиса и неоднозначностиуже невозможно, и проблема изучения этих явлений стала весьма актуальной.Работа выполнялась в рамках Прикладных Научных Исследований«Разработка технологии непрерывно-детонационного гиперзвуковоговоздушно-реактивного двигателя воздушно-космической транспортной системыс управляемым сжиганием топлива в оптимальных структурно-устойчивыхтройных конфигурациях ударных волн с долей детонационного горения неS4менее 85% объема камеры сгорания» (Соглашение № 14.575.21.0057,RFMEFI57514X0057, 2014-2016 г.), связана с приоритетными направлениямиразвития науки, технологий и техники РФ (п.п.7.
Транспортные, авиационные икосмические системы; 8. Энергетика и энергосбережение), основныминаправлениями технологической модернизации экономики России (п.п.1.Энергоэффективность и энергосбережение, 3. Космические технологии), сразработкой критических технологий (П.24.Технологии создания ракетнокосмической и транспортной техники нового поколения).Цель работы - развитие теории интерференции стационарныхгазодинамических разрывов в части разделов, связанных с нерегулярнойинтерференцией ударных волн, определением условий отбора решений вобластях многозначности, условий перестройки УВС, теоретическоеобо снование критериев перехода между регулярной и маховскойинтерференцией, выявление областей существования структур различныхтипов, исследование экстремальных свойств разрывов и УВС, а такжеоптимальных по заданному критерию УВС.Научная новизна работы:1.
В общем виде введены законы сохранения на разрыве, непосредственноследующие из геометрической теории ударных волн, каустик и волновыхфронтов. Показано, что эти законы для ГДР в идеальном газе и для разрыва вуравнении Бюргерса с исчезающей вязкостью одни и те же, т.е.
теорией,развитой для идеального газа, можно пользоваться и для анализа ГДР вреальном газе, при условии, что вязкость мала.2. Дан исчерпывающий список допустимых типов УВС, их трансформацийи перестроек. Результаты выведены непосредственно из основ симплектическойгеометрии - базиса классической механики, и являются весьма общими,характерными не только для теории ударных волн, но и для волновой оптики,теории оптимального управления и т.п. Теоретически обоснованы критерииперехода к маховской и регулярной интерференции в условиях неоднозначностии гистерезиса.S53. Разработан метод расчета УВС в калорически несовершенном газе и дананализ влияния калорического несовершенства газа на перестройки УВС приотражении ударной волны от твердой стенки.4.
Вплоть до числа Маха М=7 исследована регулярная и маховскаяинтерференция встречных (ВСУ) и догоняющих скачков (ДСУ),центрированная волна сжатия (ЦВС), неоднозначность, влияние вязкости икалорического несовершенства газа на ширину области неоднозначности.5. Экспериментально исследована стабилизация фронта горения всверхзвуковом потоке (слабой детонации) при помощи СВЧ разряда.6. Протестированы численные методы, основанные на приближенном иточном решении задачи Римана о распаде произвольного разрыва. Показано,что для исключения потери части решения при числах Маха, близких кединице, необходимо решать задачу Римана в точной постановке.Практическая ценность работы состоит в том, что полученныерезультаты можно непосредственно использовать для проектированиясверхзвуковых ЛА, ВЗ, силовых установок и сопел при скоростях полета доМ=7. Построены карты областей существования УВС всех типов вплоть доМ=7. На картах отмечены границы, на которых происходят перестройки УВС, атакже УВС с оптимальными и экстремальными свойствами.На защиту выносится:1.
Развитие теории интерференции стационарных ГДР в частиотсутствующих в ней разделов, таких как: обоснование критериев перехода крегулярной и маховской интерференции, анализ центрированной волны сжатия,маховской интерференции догоняющих скачков. Теория перестроек УВС,определение множества допустимых перестроек ГДР и УВС.2. Результаты исследования закономерностей поведения одиночныхразрывов в окрестности кромки сопла, отражения скачков от оси симметрии истенки, дифференциальных свойств скачков в сверхзвуковых струях.3. Результаты изучения влияния вязкости и калорического несовершенствагаза на свойства одиночного скачка уплотнения, на параметры отражения скачкаS6от стенки, обоснование применимости условий динамической совместности,разработанных для идеального газа, к скачкам в газе с малой вязкостью и вкалорически несовершенном газе.4.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
