Расчетные исследования тяговых характеристик сопла сверхзвукового пассажирского самолета с помощью методов вычислительной газовой динамики

DOI: 10.34759/vst-2019-4-7-16

Авторы

Горбовской В. С.^*, Кажан А. В., Кажан В. Г., Шенкин А. В.

Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ), ул. Жуковского, 1, Жуковский, Московская область, 140180, Россия

*e-mail: vgorbovskoy@mail.ru

Аннотация

Одной из наиболее актуальных проблем при разработке сверхзвуковых пассажирских самолетов (СПС) нового поколения является обеспечение экологических требований, в том числе по уровню шума в районе аэро­порта. Это требует поиска технических решений, обеспечивающих как низкий уровень потерь тяги сопла на всех режимах полёта, так и уменьшения скорости истечения реактивной струи для снижения уровня ее шума на взлётно­посадочных режимах. Для сокращения временных и финансовых затрат на этапах предварительного проектиро­вания целесообразно использование расчетных методов, обеспечивающих высокий уровень достоверности резуль­татов. Разработана методика исследования тяговых характеристик реактивного сопла СПС на режимах взлета и посадки, разгона-набора высоты, трансзвукового и сверхзвукового крейсерского полета с помощью методов вы­числительной газовой динамики, основанных на численном решении осредненных по Рейнольдсу уравнений Навье-Стокса и реализованных в программном комплексе ANSYS CFX. Исследована модель плоского реактивного сопла СПС типа миксер-эжектор с системой шумоглушения на режимах взлета и посадки. Выполнены расчет­ные исследования по определению тяговых характеристик сопла на всех режимах полета, и проведена валида­ция их результатов по данным экспериментальных исследований в аэродинамических трубах ЦАГИ.

Ключевые слова

сопло сверхзвукового пассажирского самолета, уменьшение шума струи реактивного двигателя, потери тяги сопла, вычислительная газовая динамика, расчетные исследования тяговых характеристик сопла

Библиографический список

1. Мунин А.Г. Кузнецов В.М. Леонтьев Е.А. Аэродина­мические источники шума. – М.: Машинострое­ние, 1981. – 248 с.

2. Лаврухин Г.Н. Аэрогазодинамика реактивных сопел. – Т. 1. Внутренние характеристики сопел. – М.: Физматлит, 2003. – 376 с.

3. Соркин Л.И. Проблемы уменьшения шума реактив­ных двигателей: Сб. переводов. – М.: Изд-во иностр. лит., 1961. – 142 с.

4. Поляков В.В. Реверсивные устройства силовых ус­тановок с воздушно-реактивными двигателями / Науч. ред. Б. А. Черкасов // Итоги науки и техни­ки. Сер. Авиастроение. Т. 5. М.: ВИНИТИ, 1978. 210 с.

5. Richards E.J. Some thoughts on noise suppression nozzle design. – Combustion and propulsion. Third AGARD Colloquium, London Pergamon press. 1958. Part III, pp. 197-223.

6. Greatrex F.B., Brown D.M. Progress in jet engine noise reduction // Advances in aeronautical sciences. Proceedings of the first congress in the aeronautical sciences, Madrid, 8-13 September, 1958, pp. 364-392. DOI: 10.1016/B978-1-4831-9832-3.50021-8

7. Petil J.E., Scholey B.B. STOL Transport thrust reverser/ vectoring program // AFAPL-TR-72109. 1973. Vol. I & II.

8. Knowles K. Combined Noise and Flow Control of Supersonic Jets Using Swirl // DGLR/ AIAA14th Aeroacoustics Conference (Aachen, Germany, May 11-14, 1992). Vol. 2, pp. 746-751.

9. Louis J.W. HASA’s High-Speed Research Program // 7^th European Aerospace Conference (EAC 94) on the Supersonic Transport of Second Generation (25-27 October 1994). URL: https://www.nasa.gov/centers/langley/news/factsheets/HSR-Overview2.html

10. Whurr J. Propulsion system concepts and technology requirements for quiet supersonic transports // International Journal of Aeroacoustics. 2004. Vol. 3. No. 3, pp. 259-270.

11. Житенёв В.К., Колесникова С.А., Крашенинников С.Ю., Миронов А.К., ЕЛенкин А.В. Шумоглушащее сопло воздушно-реактивного двигателя (варианты). Па­тент RU 2313680 C2. Бюлл. № 36, 27.12.2007.

12. Krasheninnikov S.Ju, Mironov A.K., Paulyukov E.V., Shenkin A. V., Zhitenev V.K. Mixer-Ejector Nozzles: Acoustic and Thrust Characteristics // International Journal of Aeroacoustics. 2005. Vol. 4. No. 3&4, pp. 267-288. DOI: 10.1260/1475472054771448

13. Власов Е.В., Житенев В.К, Каравосов Р.К., ЕЛен­кин А.В. Результаты исследования характеристик секторных сопл с шумоглушением // Авиационные двигатели 21 века: Сборник тезисов II международ­ной научно-технической конференции (Москва, 6-9 декабря 2005). – М.: Изд-во ЦИАМ им. П.И. Баранова, 2005. С. 27.

14. Крашенинников С.Ю., Миронов А.К. Воздействие продольной компоненты завихренности, формиру­ющейся в источнике турбулентной струи, на ее акустические характеристики // Известия Россий­ской академии наук. Механика жидкости и газа. 2003. № 5. С. 43-59.

15. Иванов И.Э., Крюков И.А. Численное исследование турбулентных течений с ограниченным и свобод­ным отрывом в профилированных соплах // Вест­ник Московского авиационного института. 2009. Т. 16. № 7. С. 23-30.

16. Хилькевич В.Я. Влияние температурной неравно­мерности входного потока на характеристики со­пла // Вестник Московского авиационного инсти­тута. 2009. Т. 16. № 4. С. 27-31.

17. Щербаков М.А., Юн А.А., Марчуков Е.Ю., Крылов Б.А. Применение современных пакетов вычислительной гидродинамики в расчете выходного устройства воздушно-реактивного двигателя // Вестник Мос­ковского авиационного института. 2010. Т. 17. № 5. С. 116-120.

18. Горбовской В. С, Кажан В.Г., Кажан А.В., Миронов А.К. Расчетно-экспериментальные исследования газоди­намических и акустических характеристик плоского сопла ЛСДС с системой шумоглушения // XXX На­учно-техническая конференция по аэродинамике: Материалы конференции , посвященной 150-летию то дня рождения С.А. Чаплыгина (25-26 апреля 2019, пос. Володарского). М.: Изд-во ЦАРИ им. проф. Н.Е. Жуковского, 2019. С. 93.

19. Горбовской В. С. Кажан В.Г. ЕЛенкин А.В Модифи­кация сопла легкого сверхзвукового делового само­лета с целью снижения уровня потерь тяги на всех режимах полета // XXIX Научно-техническая кон­ференция по аэродинамике: Материалы конферен­ции (1-2 марта 2018). М.: Изд-во ЦАРИ им. проф. Н.Е. Жуковского, 2019. С. 105.

20. Горбовской B.C. Кажан В.Г. Шенкин А.В. Расчетно-экспериментальные исследования аэродинамики сопла легкого сверхзвукового делового самолета // Модели и методы аэродинамики: Сборник тези­сов XVI Международной школы-семинара (Евпа­тория, 5-12 июня 2016). М.: Московский центр непрерывного математического образования, 2016. С. 34-35.

Скачать статью