Оценка пульсаций давления в ближнем поле струи при наличии спутного потока на основе результатов термоанемометрических измерений

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Показано, что спектры пульсаций скорости, измеренные с помощью термоанемометра в области потенциальной части ближнего поля турбулентной струи при наличии спутного потока, могут быть пересчитаны в спектры пульсаций давления. Предложенный метод пересчета основан на том факте, что волны неустойчивости, которые вносят определяющий вклад в пульсации ближнего поля, близки по структуре к однородным продольным волнам, что позволяет локально связать пульсации давления и продольной компоненты скорости, измеряемой термоанемометром.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

О. П. Бычков

ФАУ ЦАГИ, Научно-исследовательский Московский комплекс ЦАГИ

Email: georgefalt@rambler.ru
Россия, Москва

Г. А. Фараносов

ФАУ ЦАГИ, Научно-исследовательский Московский комплекс ЦАГИ

Автор, ответственный за переписку.
Email: georgefalt@rambler.ru
Россия, Москва

Список литературы

  1. Кузнецов В.М. Проблемы снижения шума пассажирских самолетов (обзор) // Акуст. журн. 2003. Т. 49. № 3. С. 293–317.
  2. Peak N. Modern Challenges Facing Turbomachinery Aeroacoustics // Ann. Rev. Fluid Mech. 2012. V. 44. P. 227–248.
  3. Kopiev V., Belyaev I., Faranosov G., Kopiev Vl., Ostrikov N., Zaytsev M., Paranin G. Numerical and Experimental Study of JFI Effect on Swept Wing // AIAA Paper. 2014. AIAA-2014–3060.
  4. Miller S.A. Prediction of near-field jet cross spectra // AIAA J. 2015. V. 53. № 8. P. 2130–2150.
  5. Гиневский А.С., Власов Е.В., Каравосов Р.К. Акустическое управление турбулентными струями. М.: Физматлит, 2001. 240 с.
  6. Jordan P., Gervais Y. Subsonic jet aeroacoustics: associating experiment, modelling and simulation // Experiments in Fluids. 2008. V. 44. № 1. P. 1–21.
  7. Tam C.K., Viswanathan K., Ahuja K.K., Panda J. The sources of jet noise: experimental evidence // J. Fluid Mech. 2008. V. 615. P. 253–292.
  8. Копьев В.Ф., Чернышев С.А. Новая корреляционная модель каскада турбулентных пульсаций как источника шума в струях // Акуст. журн. 2012. Т. 58. № 4. С. 482–497.
  9. Jordan P., Colonius T. Wave packets and turbulent jet noise // Annual Review of Fluid Mechanics. 2013. V. 45. P. 173–195.
  10. Бычков О.П., Зайцев М.Ю., Копьев В.Ф., Фараносов Г.А., Чернышев С.А. О двух подходах к моделированию шума низкоскоростных дозвуковых струй // Докл. Росс. Акад. наук. Физика, техн. науки. 2022. Т. 506. № 1. С. 16–25.
  11. Gudmundsson K., Colonius T. Instability wave models for the near-field fluctuations of turbulent jets // J. Fluid Mech. 2011. V. 689. P. 97–128.
  12. Cavalieri A.V.G., Rodriguez D., Jordan P., Colonius T., Gervais Y. Wavepackets in the velocity field of turbulent jets // J. Fluid Mech. 2013. V. 730. P. 559–592.
  13. Беляев И.В., Бычков О.П., Зайцев М.Ю., Копьев В.А., Копьев В.Ф., Остриков Н.Н., Фараносов Г.А., Чернышев С.А. Разработка стратегии активного управления волнами неустойчивости в невозбужденных турбулентных струях // Изв. РАН. МЖГ. 2018. № 3. С. 14–27.
  14. Mengle V.G. The Effect of Nozzle to Wing Gulley Height on Jet Flow Attachment to the Wing and Jet Flap Interaction Noise // AIAA Paper 2011–2705. 2011.
  15. Kopiev V.F., Faranosov G.A., Zaytsev M. Yu., Vlasov E.V., Karavosov R.K., Belyaev I.V., Ostrikov N.N. Intensification and suppression of jet noise sources in the vicinity of lifting surfaces // AIAA paper 2013–2284. 2013.
  16. Cavalieri A.V.G., Jordan P., Wolf W.R., Gervais Y. Scattering of wavepackets by a flat plate in the vicinity of a turbulent jet // J. Sound Vib. 2014. V. 333. P. 6516–6531.
  17. Бычков О.П., Фараносов Г.А. Экспериментальное исследование и теоретическое моделирование шума взаимодействия струи и крыла самолета // Акуст. журн. 2018. Т. 64. № 4. С. 437–453.
  18. Kopiev V.F., Akishev Y.S., Belyaev I.V., Berezhetskaya N.K., Bityurin V.A., Faranosov G.A., Grushin M.E., Klimov A.I., Kopiev V.A., Kossyi I.A., Moralev I.A., Ostrikov N.N., Taktakishvili M.I., Trushkin N.I., Zaytsev M.Yu. Instability wave control in turbulent jet by plasma actuators // J. Phys. D: Appl. Phys. 2014. V. 47. P. 1–18.
  19. Копьев В.Ф., Бычков О.П., Копьев В.А., Фараносов Г.А., Моралев И.А., Казанский П.Н. Управление волнами неустойчивости в невозбужденной турбулентной струе с помощью плазменных актуаторов в узкой полосе частот // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 4. С. 431–439.
  20. Kopiev V., Faranosov G., Bychkov O., Kopiev Vl., Moralev I., Kazansky P. Active control of jet-plate interaction noise for excited jets by plasma actuators // J. Sound Vib. 2020. V. 484. P. 115515.
  21. Копьев В.Ф., Бычков О.П., Копьев В.А., Фараносов Г.А., Моралев И.А., Казанский П.Н. Активное управление шумом взаимодействия струи и крыла с помощью плазменных актуаторов в узкой полосе частот // Акуст. журн. 2023. Т. 69. № 2. С. 177–190.
  22. Mancinelli M., Pagliaroli T., Camussi R., Castelain T. On the hydrodynamic and acoustic nature of pressure proper orthogonal decomposition modes in the near field of a compressible jet // J. Fluid Mech. 2018. V. 836. P. 998–1008.
  23. Dawson M.F., Lawrence J.L.T., Self R.H., Kingan M.J. Validation of a jet-surface interaction noise model in flight // AIAA J. 2020. V. 58. № 3. P. 1130–1139.
  24. Kraichnan R.H. Pressure field within homogeneous anisotropic turbulence // J. Acoust. Soc. Am. 1956. V. 28. № 1. P. 64–72.
  25. Baur T., Kongeter J. PIV with high temporal resolution for the determination of local pressure reductions from coherent turbulence phenomena // Proc. 3rd Int. Workshop on PIV. Santa Barbara. 1999. P. 101–106.
  26. Liu X., Katz J. Instantaneous pressure and material acceleration measurements using a four-exposure PIV system // Experiments in fluids. 2006. V. 41. № 2. P. 227–240.
  27. Violato D., Moore P., Scarano F. Lagrangian and Eulerian pressure field evaluation of rod-airfoil flow from time-resolved tomographic PIV // Experiments in fluids. 2011. V. 50. № 4. P. 1057–1070.
  28. Абрамович Г.Н., Гиршович Т.А., Крашенинников С.Ю. и др. (под ред. Абрамовича Г.Н.) Теория турбулентных струй. М.: Наука, 1984. 716 с.
  29. Schmidt O.T., Towne A., Colonius T., Cavalieri A.V., Jordan P., Brès G.A. Wavepackets and trapped acoustic modes in a turbulent jet: coherent structure eduction and global stability // J. Fluid Mech. 2017. V. 825. P. 1153–1181.
  30. Antonialli L.A., Cavalieri A.V., Schmidt O.T., Colonius T., Jordan P., Towne A., Brès G.A. Amplitude scaling of wave packets in turbulent jets // AIAA J. 2021. V. 59. № 2. P. 559–568.
  31. Бычков О.П., Фараносов Г.А. О связи пульсаций скорости и давления на оси и в ближнем поле турбулентной струи // Изв. РАН. МЖГ. 2021. № 4. С. 41–51.
  32. Tam C.K.W., Burton D.E. Sound generated by instability waves of supersonic flows: Part2. Axisymmetric jets // J. Fluid Mech. 1984. V. 138. P. 273–295.
  33. Бычков О.П., Фараносов Г.А. О возможном механизме усиления шума струи вблизи крыла // Акуст. журн. 2014. Т. 60. № 5. С. 596–610.
  34. Soares L.F.M., Cavalieri A.V.G., Kopiev V., Faranosov G. Flight effects on turbulent-jet wavepackets // AIAA J. 2020. V. 58. № 9. P. 3877–3888.
  35. Lyu B., Dowling A.P., Naqavi I. Prediction of installed jet noise // J. Fluid Mech. 2017. V. 811. P. 234–268.
  36. Bychkov O., Faranosov G., Kopiev V., Soares L.F.M., Cavalieri A.V.G. Jet Installation Noise Modeling in Static and Flight Conditions Using Centerline Fluctuations // AIAA J. 2022. V. 60. № 6. P. 3620–3634.
  37. Бычков О.П., Копьев В.Ф., Фараносов Г.А. Валидация двухточечной модели предсказания низкочастотного усиления шума струи вблизи крыла // Ученые Записки Физического Факультета Московского Университета. 2020. № 1. 2010801. С. 1–8.
  38. Miller W.R. Flight effects for jet-airframe interaction noise // AIAA Paper 1983–0784. 1983.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схематичное изображение (а) – среднего течения и (б) – структуры пульсаций, создаваемых турбулентной струей, истекающей из круглого сопла при наличии спутного потока.

Скачать (22KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Расположение точек измерения. Синие точки – расположение микрофонов (показано для одного азимутального угла) [13, 17], красные линии – линии измерения термоанемометром [34].

Скачать (21KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость фазовой скорости осесимметричных возмущений (n = 0) от числа Струхаля в различных поперечных сечениях: 1 – x = 2; 2 – x = 3; 3 – x = 4; 4 – x = 5; 5 – x = 6. Пунктирные линии – эксперимент, сплошные – аппроксимация (8).

Скачать (12KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Радиальное масштабирование спектров пульсаций давления: (а) – спектры моды n = 0; (б) – спектры суммарных пульсаций. Приведены данные для сечений x = 1.5, 2.5, 3.5, 4.5 (снизу-вверх). 1 – спектры, измеренные на поверхности С1, 2 – спектры, измеренные на поверхности С2, 3 – спектр с поверхности С1, пересчитанный на С2. Графики построены в относительных единицах, для каждого набора спектров указан максимальный уровень.

Скачать (44KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Поперечные профили средней скорости для струи Mj = 0.4 с различным параметром спутности: (а) – l =0; (б) – 0.15; (в) – 0.23; (г) – 0.3. Символы – эксперимент, линии – модель (11)–(13). Показаны профили для трех сечений начального участка: 1 – x = 1; 2 – x = 3; 3 – x = 5.

Скачать (53KB)
Метаданные
7. Рис. 6. Поперечные профили скорости для однородной задачи: (а) – в исходной системе отсчета (x, r) при наличии спутного потока Ucf; (б) – в системе отсчета (x', r), связанной со спутным потоком.

Скачать (20KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Сравнение форм поперечных профилей средней скорости в соответствующих сечениях для струи в статических условиях (символы) и струе в спутном потоке λ = 0.23 (линия).

Скачать (8KB)
Метаданные
9. Рис. 8. Относительные скорости конвекции возмущений в струе при x/Lc = 0.44: 1 – λ = 0; 2 – λ = 0.23.

Скачать (10KB)
Метаданные
10. Рис. 9. (а) – Профиль средней скорости (1) и среднеквадратичных значений пульсаций ее продольной компоненты (2) в сечении x = 3; (б) – спектральные плотности пульсаций продольной компоненты скорости при различных значениях r (обозначения кривых указаны на графике).

Скачать (32KB)
Метаданные
11. Рис. 10. Спектральные карты пульсаций скорости в сечении x = 3 внутри потенциального ядра: (а) – данные измерений; (б) – результат моделирования с помощью зависимости (17) и базового спектра в точке r = 0.

Скачать (46KB)
Метаданные
12. Рис. 11. Спектральные карты пульсаций скорости в сечении x = 3 во внешней области: (а) – данные измерений; (б) – результат моделирования с помощью зависимости (17) и базового спектра в точке r = 1.

Скачать (48KB)
Метаданные
13. Рис. 12. К валидации процедуры оценки давления по дальнему полю.

Скачать (34KB)
Метаданные
14. Рис. 13. Спектры пульсаций давления в статических условиях (1) и при наличии спутного потока (2): (а) – в месте расположения задней кромки пластины; (б) – в дальнем поле в точке R = 20D, θ = –90° (точка “под” пластиной), символы – прямые измерения шума взаимодействия в дальнем поле [36], линии – оценка по спектрам ближнего поля.

Скачать (20KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024