В МФТИ узнали, как снизить турбулентность сверхзвукового самолета
В последние годы научные исследования в области аэродинамики становятся все более актуальными с учетом развития высокоскоростных летательных аппаратов. Новое численное исследование, проведенное командой российских ученых из МФТИ и Центрального аэрогидродинамического института имени профессора Н. Е. Жуковского (ЦАГИ), стало важным шагом к более глубокому пониманию сложных процессов, которые протекают в пограничном слое в условиях сверхзвукового потока.
Исследование опубликовано в журнале Fluid Dynamics. Работа сосредоточена на изучении взаимодействия слабых ударных волн, известных как N-волны, с ламинарным пограничным слоем, образующимся на плоской пластине с затупленной передней кромкой при числе Маха 2,5. Это число означает, что полет происходит со скоростью около 3000 километров в час, то есть в 2,5 раза превышающей скорость звука. Результаты численного моделирования были сопоставлены с известными экспериментальными данными.
Аэродинамические характеристики высокоскоростных летательных аппаратов сильно зависят от турбулизации сжимаемых пограничных слоев, что может значительно увеличить вязкое трение и тепловые потоки к обтекаемой поверхности.
«Корректное определение местонахождения ламинарно-турбулентного перехода является ключевым для предсказания теплового режима поверхности и обеспечения безопасности полетов, — отметил Иван Егоров, член-корреспондент РАН, профессор кафедры компьютерного моделирования МФТИ. — Наши результаты показывают, что изменяя форму поверхности, мы можем сильно повлиять на поведение пограничного слоя».
Ключевым аспектом работы стало рассмотрение взаимодействия N-волны и затупленности передней кромки, что открывает новые горизонты для анализа процессов ламинарно-турбулентного перехода. Исследования предыдущих работ показали, что N-волны могут вызывать значительные возмущения, которые, в свою очередь, ведут к возникновению турбулентных клиньев вблизи поверхности крыла. Эти возмущения способны существенно изменить сценарий аэродинамического потока.
В новом исследовании использовалась оригинальная методика моделирования, основанная на полных уравнениях Навье—Стокса. Условия задачи и параметры течения в модели соответствовали экспериментальному исследованию, которое было проведено в малотурбулентной сверхзвуковой аэродинамической трубе Т-325 Института теоретической и прикладной механики СО РАН.
При численном моделировании N- волны исследователи для удобства расчетов заменили тонкую двумерную прямоугольную неровность параболической дугой. Они провели моделирование двух случаев: острой и затупленной кромки. Расчеты произведены на четырех различных сетках различной степени измельчения, чтобы продемонстрировать, что они сходятся друг с другом.
Ученые обнаружили, что за острой кромкой формируется один стационарный след, состоящий из пары вихрей, тогда как затупленная кромка создает два отдельных следа. Каждый из этих следов, как показали результаты, имеет значительно большую амплитуду стационарных возмущений, что указывает на увеличение неустойчивости потока и потенциально более ранний переход к турбулентности.
Эксперименты в аэродинамической трубе показали, что результаты численного моделирования удовлетворительно согласуются с экспериментальными данными. Они также показали, что линии перехода от ламинарного к турбулентному течению искажаются в области воздействия N-волны. Это открытие может иметь важные практические приложения, например, в аэродинамическом проектировании, где понимание перехода к турбулентности критично для повышения эффективности и безопасности летательных аппаратов.
Хотя полученные результаты представляют собой значительный шаг вперед, авторы подчеркивают, что для более глубокого понимания необходимы дальнейшие параметрические исследования. В частности, потребуется адаптировать характеристики генераторов возмущений для анализа пограничного слоя на затупленных пластинах.
Это исследование стало важным вкладом в область аэродинамики и открывает новые пути для дальнейших исследований взаимодействия потоков и структур, что может помочь в решении ряда инженерных задач в различных областях науки и техники.
Результаты проведенной работы помогут инженерам и конструкторам более точно прогнозировать характеристики высокоскоростных летательных аппаратов, создавая основы для совершенствования их дизайна и повышения безопасности полетов.
(опубликовано при поддержке гранта Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий» № 075-15-2024-571)
Telegram 
Дзен 
VK Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
Мы много знаем о том, как цивилизации до нас строили дома и дороги, но с объектами материальной культуры дела обстоят сложнее. Ремесленные техники часто хранились в строгом секрете и могли быть случайно утрачены при неудачном стечении обстоятельств. Так случилось с ювелирной техникой цзинь чжэ сы.
Японские исследователи выловили у берегов Окинавы пластиковую бутылку с узким горлышком, внутри которой сидел большой живой краб. В итоге ученые смогли найти ответы на несколько возникших в связи с этой находкой вопросов: как краб попал в бутылку, сколько там находился и как ему удалось выжить?
Ученые Южного федерального университета исследовали новую светочувствительную молекулу и обнаружили, что она ведет себя совсем не так, как ожидалось. Благодаря необычным свойствам она может стать основой для создания умных материалов, сенсоров и лекарств, которые будут активироваться светом именно там, где нужно, например, для борьбы с опасными бактериями.
Анализ более 150 тысяч древних звезд Млечного Пути показал, что возраст космоса, судя по всему, близок к 13,8 миллиарда лет. Авторы нового исследования заключили, что сценарии, в которых Вселенную приходится делать заметно «моложе» ради решения хаббловского кризиса, плохо согласуются с наблюдениями. Это важно, поскольку возраст старейших светил — один из немногих независимых способов проверить космологические модели не по данным ранней Вселенной, а по объектам нашей собственной Галактики.
В вакууме космоса два металлических предмета, прижатые друг к другу, могут спонтанно свариться без какого-либо нагрева. Из-за отсутствия кислорода на поверхностях деталей разрушается защитный слой, в результате чего свободные электроны начинают мгновенно перемещаться между ними и соединяют два элемента в один монолит.
Хотя длительность помех не превышала десяти секунд, это первый известный случай такого рода. Обычно спутникам не хватает мощности для создания радиосигналов той силы, что нужна для подобных помех.
Вселенная может оказаться «замкнутой» глобальной структурой, где свет от далеких галактик способен возвращаться к наблюдателю с разных направлений. Именно такой сценарий не удалось исключить авторам нового масштабного обзора. Проверить его предсказания астрономы смогут уже в ближайшие годы.
Ученые впервые на молекулярном уровне доказали, что обычная вода одновременно состоит из двух разных жидких состояний — более плотного и менее плотного, которые непрерывно сменяют друг друга. Раз молекулярная «двойственность» действительно существует, это подтверждает спорную 30-летнюю гипотезу. Новое открытие поможет, наконец, объяснить десятки «странных» физических аномалий воды, включая ее расширение при замерзании и парадоксальное изменение вязкости под давлением.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно