Импульсные струйные сверхзвуковые течения

Голуб, Виктор Владимирович

Импульсные струйные сверхзвуковые течения тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

Голуб, Виктор Владимирович АВТОР

доктора физико-математических наук УЧЕНАЯ СТЕПЕНЬ

Москва МЕСТО ЗАЩИТЫ

2004 ГОД ЗАЩИТЫ

01.02.05 КОД ВАК РФ

Диссертация по механике на тему «Импульсные струйные сверхзвуковые течения»

Автореферат диссертации на тему "Импульсные струйные сверхзвуковые течения"

Российская академия наук Объединенный Институт высоких температур

Институт теплофизики экстремальных состояний

УДК 533.6.011.72

На правах рукописи

Голуб Виктор Владимирович

ИМПУЛЬСНЫЕ СТРУЙНЫЕ СВЕРХЗВУКОВЫЕ

ТЕЧЕНИЯ

01.02.05 - механика жидкости, газа и плазмы

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени доктора физико-математических наук

Работа выполнена в Институте теплофизики экстремальных состояний Объединенного института высоких температур РАН.

Официальные оппоненты: член-корреспондент РАН В.А. Левин

доктор физико-математических наук, профессор Ф.В. Шугаев

доктор технических наук, профессор А.В. Мишуев

Ведущая организация: Балтийский государственный технический

университет «Военмех» им. Д.Ф. Устинова

Защита состоится «27» октября 2004 г. в часов на заседании

диссертационного совета Д 002.110.02 в ОИВТ РАН по специальности 01.02.05 «механика жидкости, газа и плазмы» по адресу 125412, Москва, ул. Ижорская 13/19, Объединенный институт высоких температур РАН.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ОИВТ РАН. Автореферат разослан «_»_2004 г.

Ученый секретарь диссертационного совета доктор технических наук

Зейгарник В.А.

/ЗГИ

Л//У/

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

Стационарные сверхзвуковые струи газа достаточно подробно исследованы в связи с тем, что они находят широкое применение в авиационной и ракетной технике, а также в энергетических устройствах и ряде технологических процессов. Гораздо меньше исследованы импульсные течения расширения, возникающие на начальной стадии процесса, когда истекающий газ попадает в неподвижную среду. В этом случае структура потока зависит не только от координат, но также и от времени. В природе и технике наблюдается ряд нестационарных газодинамических явлений, имеющих общую природу. К ним можно отнести залповые выбросы из вулканов, запуск ракетного двигателя, истечение испарившегося вещества при воздействии излучения импульсного лазера на твердое тело, выхлоп при выстреле, струйные выбросы из различных астрофизических объектов. Все они имеют общий физический механизм и пока мало изучены.

В импульсных струйных сверхзвуковых течениях расширения можно выделить два близких по газодинамической структуре класса явлений, которые отличаются друг от друга начальными условиями. В первом случае истечение происходит из сосуда высокого давления при внезапно открывающемся отверстии. Если давление в сосуде выше критического, то в отверстии устанавливается постоянная скорость истечения, равная местной скорости звука и не зависящая от перепада давлений. В истекающем газе возникают вихревые структуры и ударные волны. Перед фронтом истекающего газа в окружающей среде также возникает ударная волна. Во втором случае поток создается ударной волной, выходящей из канала. Скорость потока за ней зависит от числа Маха ударной волны. Структура течения резко отличается при переходе от плоского течения к осесимметричному и трехмерному.

К числу имеющихся результатов исследований нестационарных течений расширения следует отнести экспериментальные данные о волновой структуре импульсной струи, аналитическую модель радиального внезапно включенного источника, численное моделирование осесимметричной нестационарной сверхзвуковой струи и исследования течения расширения при дифракции ударной волны на угле в двухмерной постановке. Остались неясны существенные фундаментальные вопросы: как влияют физические свойства газов и начальные условия на формирование вихрей при импульсном истечении, как влияет геометрия истечения на нестационарный веер разрежения, к чему приводит взаимодействие нестационарных вееров разрежения между собой и волнами торможения.

Все эти вопросы напрямую связаны с анализом потерь полного давления в импульсном истечении, это имеет большое значение для управления этими потерями. В некоторых случаях эти потери нужно уменьшать, когда требуется большее действие потока на преграду или дальнобойность струи, в некоторых нужно увеличивать.

Нестационарные струйные течения представляют собой сложные явления, уровень понимания которых в настоящее время отстает от потребностей современной техники, что препятствует дальнейшему развитию прикладных работ

Цель работы

•Установить основные закономерности импульсных струйных сверхзвуковых течений и их взаимодействия с преградой в зависимости от начальных и граничных условий.

• Составить физическую и математическую модели процессов импульсного истечения газа и взаимодействия импульсных струй с преградами.

Основные результаты и научная новизна

1. В диссертации впервые установлены закономерности формирования крупномасштабных вихревых структур в осесимметричных недорасширенных одиночных и составных сверхзвуковых импульсных струях.

2. Созданы физическая и математическая модели структуры нестационарных осесимметричных и трехмерных течений, возникающих при выходе ударной волны из каналов с различной формой поперечного сечения в свободное и полуограниченное пространство и при взаимодействии их с преградой.

- Установлено, что после выхода ударной волны из канала квадратного и круглого сечения объем разреженного газа ограниченного скачками и степень расширения в нем больше, чем в стационарной струе. Дополнительные области разрежения возникают также в вихревом кольце, образующемся при взаимодействии истекающего газа с окружающей средой

- Впервые обнаружено существование сверхзвуковых областей при выходе слабой ударной волны с дозвуковым течением за ней в трехмерном случае.

3. Получены новые данные о динамическом и тепловом воздействии на преграду импульсной струи и ударной волны, выходящей из канала:

- Потери полного давления на скачках уплотнения в импульсных струйных сверхзвуковых течениях могут быть уменьшены путем изменения

формы сечения канала, приводящему к замене прямого скачка на систему косых скачков

Достоверность полученных результатов проверялась сравнением экспериментальных результатов, полученных различными методами и численными расчетами.

Практическая значимость результатов работы. Созданные автором физическая и математические модели импульсных течений расширения, а также обнаруженные закономерности открывают возможности для решения следующих практических задач:

- моделирования последствий аварийных ситуаций, возникающих при взрыве,

- моделирования запуска реактивных двигателей,

- исследования истечения испарившегося вещества при воздействии излучения импульсного лазера на твердое тело,

- разработки новых фурм при выплавке стали в конверторе,

- разработке перспективного глушителя автомобильного двигателя,

- разработке методов управления воздействием на преграду ударных волн, выходящих из каналов различной геометрии,

- ослабления ударных волн при выстреле из ствольных и динамореактивных систем,

- разработке эффективных методов смешения компонент топлива в перспективных авиационных двигателях.

Проведенные в диссертационной работе эксперименты позволили осуществить тестирование программ численного расчета пространственных течений сжимаемого газа. Совпадение результатов эксперимента и расчета дало возможность исследовать параметры потока при такой постановке задачи путем численного моделирования газодинамического процесса.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и симпозиумах: 17-24 Международных Симпозиумах по ударным волнам (1989-2004 гг.), V-X Международных Симпозиумах по визуализации потоков (1989-2002 гг.), V Европейской конференции по исследованию жидкости (1989г), V Европейской конференции по турбулентности (1994г), на XIX и XX Международных конгрессах по теоретической и прикладной механике (1996 и 2000 гг.), на конференциях Международной комиссии ERCOFTAG в 1996 и 1998 гг., на «EVROMECH COLLOQUIUM 403» (Пуатье, Франция, 1999), на III - VI Всероссийских научных конференциях "Оптические методы исследования потоков". (1995-2002), на XIV-XIX Международных семинарах по струйным, отрывным и нестационарным течениям (1992-2002), на XXVI-XXVIII

академических чтениях по космонавтике (2000-2004 гг.), и на многих специализированных международных и российских научных семинарах, общее число докладов — 45

Публикации

Материалы диссертации достаточно полно изложены в печати. Список научных публикаций по теме диссертации содержит более 70 наименований, в том числе 57 статей в отечественных и зарубежных реферируемых журналах и сборниках и 4 патента на изобретения. Список основных публикаций приведен в конце автореферата.

Тема диссертации связана с научно-исследовательскими работами Института теплофизики экстремальных состояний РАН. В работе представлены результаты исследований, выполненных при поддержке Министерства промышленности, науки и технологий РФ, РФФИ, INTAS и CRDF.

На защиту выносятся:

-Результаты экспериментального исследования формирования вихревой структуры импульсных одиночных и блочных струй;

-Результаты экспериментального исследования структуры потока за ударной волной после выхода из открытого канала с различной формой поперечного сечениия;

- Аппроксимационные формулы зависимости числа Маха ударной волны при дифракции на прямом угле после выхода из открытого канала круглого и квадратного сечений от числа Маха падающей волны по различным направлениям. Обнаружение зон уменьшенного давления в направлении диагоналей квадрата;

- Обнаружение увеличения объема разреженного газа и степени расширения в нем при выходе ударной волны из открытого конца канала квадратного сечения по сравнению с выходом из канала круглого сечения и со стационарной струей;

- Обнаружение существования вихревых скачков в трёхмерном дозвуковом потоке за дифрагированной ударной волной ниже порога, полученного аналитически для плоского автомодельного случая;

-Способ уменьшения потерь давления при выходе ударной волны из канала путем изменения геометрии канала;

-Создание физической и математической моделей трехмерных импульсных течений расширения и их взаимодействия с преградой.

Объем и структура работы. Основное содержание диссертации изложено на 278 страницах машинописного текста. Работа состоит из введения, 6 глав и заключения, библиографии из 174 названий, содержит 153 рисунка и 4 таблицы.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертации, цели работы и сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе описано состояние работ по исследованию стационарных и нестационарных течений расширения и их воздействия на преграду. На рис.1, представлена схема стационарной сверхзвуковой недорасширенной струи. Структура сверхзвуковой струи в момент запуска отличается от стационарной, так как при этом поток попадает в пространство, занятое ранее неподвижной средой. При запуске струи в качестве газодинамической модёли для описания течения в центральной части сопел и струй используется модель радиально расширяющегося газа от внезапно включенного стационарного источника Газ источника действует на окружающий газ подобно поршню, движущемуся со сверхзвуковой скоростью, поэтому в окружающем пространстве формируется ударная волна. На начальной стадии расширения газа источника противодействием окружающего газа можно пренебречь и течение аналогично истечению в вакуум. Для согласования параметров газа за контактной поверхностью с параметрами газа, прошедшего через волны разрежения вблизи источника образуется вторичная ударная волна.

Рис. 1. Схема первой бочки недорасширенной струи а - срез сопла, m - границы струи, g -веер разрежения, d - диск Маха В основе модели лежит существенное предположение об одномерном радиальном течении, которое ранее использовалось, при анализе запуска сверхзвукового сопла. Как правило, для решения практических задач важно знать пространственное расположение основных поверхностей разрыва и распределение параметров газа во всем поле течения, а не только в центральной

части струи. Для случая умеренно и слабо недорасширенных нестационарных струй нельзя пренебречь давлением окружающего пространства.

Анализ численного решения системы уравнений, выражающей законы сохранения массы, количества движения и энергии с граничными и начальными условиями показывает, что при формировании импульсного струйного течения в окружающем пространстве возникает "кокон" возвратного течения газа вокруг легкого горячего газа, который отсутствует для течения холодного плотного газа.

Экспериментальные исследования формирования импульсных сверхзвуковых струй, истекающих в пространство с противодавлением проводились преимущественно на ударных трубах с соплом. Установлена волновая структура нестационарной струи и получена информация о распределении плотностей в плоской струе небольшой нерасчетности.

Численные и экспериментальные исследования огибания ударной волной плоского выпуклого угла (дифракции ударной волны) показали наличие автомодельности этого процесса. При пренебрежении силами вязкости в задаче отсутствует характерный размер. На рис. 2. представлена схема дифракции с отрывом течения.

»о

Рис.2. Схема дифракции ударной волны на выпуклом угле с отрывом потока. AI-падающая ударная волна, AM- дифрагированная часть ударной волны, AL - контактная поверхность, TS - волна торможения, OS - линия срыва, OR и ОТ- первая и последняя характеристики веера Прандтля-Майера В результате расширения сверхзвукового потока за ударной волной AM в веере Прандтля-Майера происходит его ускорение, а затем торможение во вторичной ударной волне ТС. Первая граница веера Прандтля-Майера образует угол , Углом срыва называется угол между поверхностью срыва потока и направлением первоначального течения.

При выходе ударной волны из канала процесс становится неавтомодельным, форма ударной волны достаточно быстро трансформируется из плоской в сферическую. Если сечение ударной трубы не круглое, а, например, квадратное или прямоугольное, дифрагированная ударная волна имеет сложную трехмерную форму, изменяющуюся во времени и пространстве. Интерес к ударно- волновой структуре струи вызван тем, что при прохождении газа сквозь прямой скачок уплотнения (диск Маха) теряется полное давление. Эта проблема приобретает особенный интерес при исследовании взаимодействия ударной волны, дифрагированной из канала, с преградой.

Во второй главе описаны экспериментальный стенд, методы измерений и анализ точности измерений, а также использованные методики численных расчетов.

Созданная экспериментальная база (стенд "Диоген") для исследования нестационарных трехмерных течений расширения допускает двухракурсные и трехракурсные визуализации развития течений. Основными элементами стенда являются ударная труба, сопло и вакуумная камера диаметром 80 см и длиной 120 см (рис.3). На торце ударной трубы устанавливался фланец с соплом или с каналом, располагающимся внутри трубы. Сечение ударной трубы составляло 40x40 мм2, поочередно вставляемые каналы различной формы поперечного сечения имели длину 100 мм. Торец ударной трубы с фланцем размещался между плоскопараллельными оптическими окнами барокамеры. Путем поворота фланца относительно оси трубы достигалась возможность просвечивания потока за срезом трубы в различных направлениях. При проведении исследований использовались различные оптические методы диагностики потоков газа: метод Теплера (прибор ИАБ-451), сдвиговый нтерферометр с дифракционной решеткой, лазерный интерферометр с узким опорным пучком, а также проводилась регистрация давления и тепловых потоков на преградах с помощью пьезоэлектрических датчиков и тонкопленочных термометров сопротивления.

Рис.3. Стецд «Диоген». 1 - камера высокого давления, 2 - камера низкого давления, 3 -блок диафрагм, 4 - насадок с фланцем, 5, 6,7 - пьезодатчики на кристаллах ЦТС-19, 8 -преграда, 9 - датчики давления 'Kistler-бОЗВ', 10 - вакуумная камера, 11 - оптические окна, 12 - теневой прибор ИАБ-451,13 - источник света, 14 - щель, 15 - нож Фуко, 16 - рельс с координатным механизмом, 17 - насос НВР-5Д, 18 - вакуумметр, 19 - баллон с толкающим газом, 20 - манометр, 21 - высокоскоростная камера ВСК-5,22 - пульт управления камерой ВСК-5,23 - компьютер «Pentium III» с осциллографическими платами, 24 - осциллограф Для регистрации развития нестационарных газодинамических процессов использовалась высокоскоростная камера ВСК - 5.

Для получения распределения плотности в импульсных струях разработана методика автоматической обработки интерферограмм осесимметричного течения. Составлена программа, разработан метод идентификации линий, предложены критерии использования различных методов сглаживания и реконструкции плотности в зависимости от абсолютного значения и производной смещения линий интерферограммы, что позволяет уменьшить ошибку обработки до 10%.

Сопоставление экспериментальных результатов данной работы с численными расчетами позволило оттестировать программы расчета и обобщить полученные результаты. Результаты расчета представлялись в безразмерных координатах относительно параметров невозмущенного газа в барокамере: плотности ро и давления ро. Расстояния отнесены к диаметру

трубы или строне квадрата с1. Безразмерное время т связано с размерным Ь соотношением: т= (1/<1)(ро/ро)0'5

В главе 3 описаны результаты изучения формирования крупномасштабных вихревых структур в осесимметричных недорасширенных одиночных и составных импульсных струях.

Формирование импульсной сверхзвуковой струи может состоять из двух или трех стадий. На первой - из некоторого объема с отверстием в результате внезапного повышения давления в нем со сверхзвуковой скоростью начинает истекать газовая струя, перед которой в окружающей среде возникает ударная волна. Это явление напоминает взрыв и стадия заканчивается, когда ударная волна вырождается в звуковую. Вторая стадия характеризуется развитием сдвиговой и азимутальной неустойчивости. Струя может выйти на третью, квазистационарную стадию, если это запуск реактивного двигателя, или прекратиться, если она была создана воздействием импульсного лазера на твердое тело.

В экспериментах использовались звуковые сопла с диаметрами критического сечения й*=4.0; 5.5; 7.8 мм. Камера низкого давления и вакуумная камера наполнялись рабочими газами в диапазоне Роо=30-760 Торр. В качестве рабочих газов использовались азот, углекислый газ, аргон и гелий. Нерасчетность истечения (где - давление на срезе сопла,

давление газа в вакуумной камере) менялась в диапазоне от 10 до 70 путем изменения числа Маха падающей ударной волны М<> = 2.0 - 4.3. Температурный фактор Т=7'а/7'оо (где Тй- температура газа на срезе сопла, Тх - температура газа в вакуумной камере) варьировался в пределах т = 0.8 - 7.5. Число Рейнольдса Ые*, посчитанное по параметрам газа в критическом сечении, изменялось в диапазоне Яе*=2х104+5х105.

На рис.4 приведена типичная интерферограмма первой стадии процесса истечения импульсной струи азота (и=18, т==3.0) для момента времени t=48 мкс. Как видно из фотографии, основными элементами импульсной струи являются: стартовая ударная волна (6), распространяющаяся в окружающем газе, фронт истекающего газа (8) с вихревыми кольцами (3, 4, 5), вторичная ударная волна (7), ядро изэнтропического расширения струи (1) вблизи среза сопла.

Рис.4. Интерферограмма импульсной струи азота (Ма=1, Р„/Р,«=18, с1а=4мм) в момент времени

48 мкс

Численное моделирование импульсной струи также выявляет основные элементы её структуры. На рис.5 представлено пространственное распределение плотности первой стадии формирования импульсной недорасширенной струи. На распределении плотности по оси истечения видны: контактная поверхность (8), ударная волна (6) в окружающем газе и вторичная волна (7) в истекающем газе. Резкое падение плотности на расстоянии я7с1 от оси истечения вызвано вихревым кольцом (3).

Рис.5. Пространственное распределение плотности в импульсной осесимметричной струе азота

Для выяснения причин возникновения мелкомасштабных вихрей на головной сферической части струи необходимо сопоставление динамики движения по оси фронта контактной поверхности с изменением плотности на ней. Это сопоставление показывает, что вихри на головной сферической части импульсной струи образуются вследствие неустойчивости Рэлея-Тейлора (НРТ). Условия для возникновения НРТ реализуются на начальной стадии истечения, когда плотный газ струи вытесняет легкий газ окружающего пространства, испытывая при этом отрицательное ускорение С течением

времени по мере расширения газа градиент плотности на контактной поверхности изменяет свое направление на 180°, что приводит к исчезновению условий для дальнейшего роста НРТ.

Крупномасштабный сверхзвуковой вихрь (см. рис.4 и 5, 3) возникает вблизи тройной точки пространственной конфигурации гидродинамических разрывов, состоящей из диска Маха, висячего и отраженного скачков. По мере развития течения диаметр вихревого кольца достигает величины, в 2.5 раза превышающей наибольший поперечный размер стационарной струи.

Количественная обработка интерферограмм и результаты численного моделирования показали, что глубина разрежения в вихревом кольце совпадает с разрежением перед диском Маха в изэнтропическом ядре расширения.

Для изучения влияния температуры струи на формирование крупномасштабных вихревых структур в струях были проведены эксперименты, в которых нерасчетность поддерживалась постоянной (п=10), а температурный фактор менялся в диапазоне г=0.8-3.2. При исследовании формирования холодной струи на входе в сопло устанавливалась калька, ударная труба наполнялась холодным газом до нужного давления, а толщина кальки была подобрана так, чтобы она рвалась при этом давлении. Сравнение распределений плотности на начальном участке показывает, что имеет место расширение «горячей» струи в 2.5 раза по сравнению с «холодной» струей и нагрев струи приводит к увеличению скорости головного вихря в 1.4 раза.

Для экспериментального изучения развития вихревых структур в блочных импульсных струях в торце ударной трубы поочередно устанавливались четыре вида двухсопловых блоков. При формировании составной струи параллельно развиваются два процесса взаимодействия. Это, прежде всего, взаимодействие вихревых колец от каждой струи друг с другом и «боковые» взаимодействия струй, подобных по структуре стационарным струям. При взаимодействии головных вихревых колец с одинаковыми по величине, но разными по знаку циркуляциями в области перекрытия происходит торможение газа и рост величины давления. Возникающий при этом градиент давлений приводит к

растеканию газа в области перекрытия, образованию долгоживущих выбросов 2 (рис. 6).

Рис.6. Схема течения в импульсной струе, истекающей из двухсоплового блока в затопленное пространство: а - осевая плоскость, б - плоскость взаимодействия

Параллельное взаимодействие струй на начальном участке приводит к растеканию составной струи в плоскости взаимодействия. В результате обработки шлирен-фотографий истечения струй для блоков с различным разносом построено развитие в безразмерных координатах геометрических размеров общей головной части составной струи в плоскости взаимодействия и осевой плоскости.

В четвертой главе приводятся результаты исследования импульсных течений расширения, возникающих при выходе ударной волны из каналов круглого и квадратного сечения в свободное и полуограниченное пространство с противодавлением. Примерами таких течений могут служить в первом случае выход ударной волны из дула орудия, во втором - выход ударной волны на поверхность при взрыве из шахты или окна в стене здания.

Эксперименты и расчеты показали, что амплитуда давления на дифрагированной волне и скорость волны быстрее падают в осесимметричном

Хкп

случае, чем в плоском. Картины течения при дифракции ударной волны из канала квадратного сечения, полученные при просвечивании в направлении стороны и диагоналей квадрата, отличаются (рис. 7).

Рис.7. Теневые фотографии структуры ударной волны (Мо=3) при дифракции из канала квадратного сечения: а, б - проекции в направлении диагонали и стороны квадрата В трехмерном случае (квадратное сечение канала) скорость распространения дифрагированной волны в направлении угла квадрата меньше, чем в направлении сторон, что приводит к смене осей симметрии потока.

Эксперименты и расчеты показали следующие особенности дифракции сильных ударных волн на выпуклом прямом угле при выходе из канала квадратного сечения в полуограниченное пространство: в направлении стороны квадрата давление за пристенной частью дифрагированной волны меняется со временем и остается меньшим, чем в автомодельном случае, и большим, чем в осесимметричном случае; в направлении диагонали квадрата имеется область

большего ослабления ударной волны (рис.8).

3 2-1-----

1Д ■ ■ ■ ■ ■ 04 08 1.2 16 20 24 уМ —

Рис.8. Максимальное увеличение давления на стенке в зависимости от расстояния от среза канала в направлении диагонали квадрата (1) и стороны (3). (2), (4) - для осесимметричного и

автомодельного случаев

Получены аппроксимационные формулы зависимости числа Маха ударной волны при дифракции на прямом угле после выхода из открытого канала от числа Маха падающей волны М0 по различным направлениям а также в зависимости от времени числа Маха дифрагированной ударной волны при Мо=3 в направлениях стороны канала Му, его диагонали и оси канала Мг.

Установлено, что зависимость типа отражения ударной волны при дифракции на прямом угле из канала квадратного сечения от числа Маха падающей волны отличается от результатов исследований автомодельной дифракции. Тип отражения меняется во времени и пространстве по закону, зависящему от числа Маха падающей волны.

Исследование структуры потока при выходе ударной волны из открытого конца канала квадратного сечения показало, что отрыв потока происходит под большим углом р5, чем при дифракции из канала круглого сечения (рис. 9).

Рис.9. Угол отрыва потока рэ, определяемый по теневым фотографиям при различных числах

Маха ударной волны Мо. 1,2 - в направлении стороны и диагонали квадрата в канале квадратного сечения, 3 - в канале круглого сечения. Кривая - аппроксимация экспериментов в плоском автомодельном случае . 4 - численный расчет При выходе ударной волны из открытого конца канала квадратного и круглого сечения расстояние от среза до волны торможения быстро превышает стационарное положение диска Маха. Объем разреженного газа, ограниченного скачками и степень расширения в нем больше, чем в стационарной струе. Дополнительные области разрежения возникают также в вихревом кольце, образующемся при взаимодействии истекающего газа с окружающей средой, при чем разрежение в ядре вихревого кольца такое же, как перед диском Маха, а энтропия в нем имеет максимум.

Впервые в трёхмерном дозвуковом потоке за дифрагированной ударной волной было экспериментально обнаружено существование вихревых скачков ниже порога, полученного аналитически для плоского автомодельного случая, при уменьшении числа Маха падающей ударной волны вплоть до 1.04. Локальные сверхзвуковые области в потоке были обнаружены с помощью

численного моделирования при числах Маха падающей ударной волны вплоть до 1.27 и рис. 10 показывает скачок давления в вихревом кольце. Временной интервал от начала истечения до возникновения сверхзвуковой зоны растет с уменьшением числа Маха падающей ударной волны, так же, как и экспериментально измеренное время возникновения вихревого скачка.

Рис.10. Изменение давления в вихревом кольце в направлении диагонали квадрата на расстоянии 0Л от выхода из канала в момент времени 2.15 (310 мкс). Число Маха падающей ударной волны М„= 1.25. Численный расчет Появление вихревых скачков характерно для нестационарных потоков. Ранее предложенные модели формирования вихревых скачков для плоского автомодельного случая не могут быть использованы в трёхмерном случае.

В главе 5 изложены результаты исследования динамического и теплового воздействия импульсных сверхзвуковых потоков на преграду.

Воздействие импульсного сверхзвуковых потока на преграду определяется относительной ролью двух процессов: действия ударной волны и действия струйного течения за ней. Действие сверхзвукового потока ослабляется потерями полного давления на волне торможения. Путем воздействия на структуру потока можно управлять силой действия ударной волны на преграду. Изменение геометрии канала, из которого выходит ударная волна, может приводить к уменьшению или увеличению динамического воздействия ударных волн на преграду в зависимости от времени воздействия, числа Маха ударной волны и расстояния до преграды.

Изменение геометрии осуществлялось или установкой диафрагмы с различной степенью перекрытия в торце канала или формой поперечного сечения канала.

Влияние частичного перекрытия канала.

При выходе ударной волны из канала скорость потока за ней является функцией числа Маха ударной волны. При установке на выходе из канала диафрагмы в зависимости от отношения К площади отверстия к площади поперечного сечения канала могут быть реализованы два режима: струйное истечение при малом К и дифракция ударной волны при выходе из канала при большом К.

Взаимодействие импульсной сверхзвуковой струи с преградой

Начальная стадия взаимодействия импульсной сверхзвуковой струи с преградой существенно отличается от стационарной как картиной взаимодействия, так и распределением параметров на преграде. На рис.11 приведено изменение во времени теплового потока в пластинку и давления в центре струи для двух расстояний между пластиной и соплом (L/d=l2 (а) и 38(6)).

Рис.11. Изменение во времени давления (кривые 1) и теплового потока (кривые 2) к пластине в центре струи при п = 70 и температуре торможения То = 2810 К для двух расстояний между пластиной и соплом = 12 (вверху), 38 (внизу)

Расстояние ЫсЬ=12 находится вскоре после диска Маха. На кривой давления ясно выделяется пик давления, возникающий при отражении стартовой ударной волны. На малых расстояниях от сопла (Ь/с1= 12) давление в центре пластины после отражения сферической стартовой ударной волны падает и затем остается практически постоянным, в то время как при большом расстоянии 38) давление при торможении истекающего газа превышает давление, вызванное отражением ударной волны.

Тепловой поток при отражении ударной волны растет очень слабо. Заметное возрастание теплового потока происходит на более поздней стадии, при торможении высокоэнтальпийного потока истекающего газа на пластине. При этом температура газа достигает значения температуры торможения за отраженной ударной волной в ударной трубе перед соплом и затем превышает ее.

Взаимодействие с преградой сильной ударной волны, выходящей из канала Воздействие на преграду импульсной струи, выходящей из канала с диафрагмой сравнивалось с воздействием ударной волны, выходящей из открытого конца канала при одинаковых параметрах, т.е. при одинаковых начальных условиях в канале и при одинаковом числе Маха падающей ударной волны. Сравнение показывает, что установка диафрагмы при выходе из канала сильной ударной волны способствует понижению давления и увеличению температуры на преграде.

Взаимодействие с преградой слабой ударной волны, выходящей из канала Задача о дифракции ударной волны рассматривалась для условий, при которых не нужно учитывать изменение состояния в канале в ходе дифракции. Более общим случаем является режим, при котором происходит изменение параметров как вне канала, так и внутри него. В случае если канал частично закрыт, то ударная волна частично проходит в окружающее пространство и частично отражается от торца канала. Воздействие дифрагированной ударной волны на преграду может быть выше, так как давление на выходе из канала выше - промежуточное между давлениями за падающей и отраженной волной. В то же время уменьшение выходного диаметра приводит к увеличению относительного расстояния от выхода из канала до преграды. В этом случае мы имеем дело с не исследованными ранее режимами, при которых, взаимодействие волн разрежения и скачков уплотнения может привести как к увеличению, так и к уменьшению воздействия дифрагированной волны на преграду. Для этого необходимо решать задачу о взаимодействии волн разрежения и скачков уплотнения в двухсвязной области при различной геометрии.

Эксперименты показали, что для сильных волн вторичный рост давления меньше давления в момент отражения ударной волны. При выходе слабой ударной волны из частично перекрытого канала вторичный рост давления соизмерим с давлением в момент отражения ударной волны. В тот момент, когда датчик давления начинает показывать сильное дополнительное увеличение давления при выходе слабой ударной волны из частично перекрытого канала, на теплерограммах процесса взаимодействия дифрагированной волны с преградой наблюдается резкое изменение структуры потока. К преграде подходит сильно турбулизованная струя. По осциллограммам давления было вычислено значение полного импульса потока 1=]р <Л в центральной точке струи. При анализе результатов величина / отнесена к составляющей полного импульса для начальных условий 1о.

Максимальное увеличение импульса давления при частичном перекрытии канала наблюдается при Мо=1.25 на расстоянии одного диаметра канала от выхода из канала с площадью /"/до преграды (рис 12). Эффект уменьшается с уменьшением площади /яотверстия в диафрагме (рис. 13).

2 18 16 14 12 1

МасИ

Рис 12. Отношение импульсов давления на преграде при взаимодействии с ней ударной волны, выходящей из частично перекрытого (14) и открытого^]) каналов в зависимости от расстояния от выхода из канала Ь и числа Маха волны р1/Тц=16

Рис. 13. Зависимость отношения полного импульса потока частично перекрытого канала I к импульсу открытого II при трёх расстояниях до преграды (Р1/Н1=4 - сплошная линия, ВДг^б -пунктирная; 1 -ЗОмкс, 2- 100 мкс, 3-300МКс;а-Ь=0.5*д,6-Ь=1.0*д, в - Ь=2.0*ё).

При взаимодействии с преградой слабой ударной волны экранирование диафрагмой способствует увеличению амплитуды и продолжительности воздействия на преграду. В отличие от дифракции из открытого канала

давление на преграде возрастает в основном не при отражении дифрагированной волны, а на более поздних стадиях при торможении спутного потока. Аналогичный ход изменения давления на преграде наблюдается при всех исследованных расстояниях до преграды.

Влияние трехмерных эффектов

Уменьшение силы действия нестационарного потока на преграду при выходе ударной волны из канала квадратного сечения

Воздействие на преграду потока при выходе ударной волны из канала круглого сечения численно и экспериментально сравнивалось с воздействием ударной волны, выходящей из канала квадратного сечения при одинаковых параметрах.

При рассмотрения осциллограмм изменения давления на преграде можно выделить следующие общие участки: - ступеньку давления, начало взаимодействия первичной дифрагированной ударной волны с преградой («пик»), -спад — изменение параметров за отраженной сферической ударной волной и - «полку» - постоянные параметры в замкнутой дозвуковой области, ограниченной фронтом волны торможения, отраженным скачком и преградой. Потери полного давления в центральном скачке определяются участком, названным «полкой». При Мо =3.05 на участке «полки» величина превышения полного избыточного давления при истечении из круглого канала, отнесенная к значению давления для квадратного канала, составляет 26.6 %.(рис 14).

Р , кРа 20г

о!-1-

2.5 3.0 М,

Рис.14. Зависимость полного избыточного давления за волной торможения при истечении из каналов с круглой (1) и квадратной (2) формой поперечного сечения. Расстояние до

преграды 4d

Потери полного давления за волной торможения перед преградой Чтобы оценить потерю механической энергии движущегося газа при прохождении им центрального скачка уплотнения, будем характеризовать

механическую энергию полным давлением Р , т.е. давлением в адиабатически и изэнтропически заторможенном газе. При этом за количественную характеристику необратимости процесса прохождения газа сквозь прямой скачок примем величину % отношения полных давлений Р г за скачком к Р г до ска = Рассмотрим приосевую струйку тока (рис.15) и предположим, что течение в области от среза канала до фронта волны торможения и от фронта волны торможения до преграды является одномерным адиабатическим и изэнтропическим течением идеального газа. Величина полного давления на этих участках постоянна и определяется по известному значению числа Маха потока Ма и показателя адиабаты к (на срезе канала эти параметры равны этим параметрам за падающей ударной волной).

Рис.15. Схема структуры струи: 3 - канал, 4 - преграда, 5 -датчик давления, 6 - волна торможения, 1,2 — поток до и после волны торможения

Для любого момента времени, начиная с момента, когда отраженная от преграды дифрагированная ударная волна провзаимодействовала с фронтом волны торможения, можно определить коэффициент восстановления полного давления при прохождении газа сквозь прямой скачок уплотнения как функцию числа Маха перед фронтом волны торможения :

Эксперимент показал, что потери полного давления за волной торможения перед преградой при истечении из канала с квадратной формой поперечного сечения больше, чем при истечении из канала с круглой формой поперечного сечения. Наблюдаемый эффект объясняется тем, что при выходе ударной волны из канала квадратного сечения отрыв потока происходит под большим углом, что сопровождается увеличением числа Маха потока.

На рис.16 представлена зависимость отношения значений полных давлений до и после прохождения газом скачка уплотнения, полученная путем сравнения полного давления в потоке за падающей ударной волной и давления в центральной точке преграды. Из графика видно, что с увеличением числа Маха первичной ударной волны для случая истечения газа из канала круглой формы поперечного сечения это отношение растет, а для случая канала квадратного сечения падает.

Рг!Р\

015г

Рис.16. Коэффициент восстановления полного давления за волной торможения при истечении из каналов с круглой (1) и квадратной (2) формой поперечного сечения.

Расстояние до преграды 4ё Численное моделирование трехмерной задачи дало удовлетворительное согласие с результатами измерения давления. Численное моделирование показало, что сила действия нестационарного потока на преграду (интеграл давления по поверхности преграды, рис. 17) за ударной волной, вышедшей из канала осесимметричного сечения оказывается на 53 % больше, чем в случае квадратного сечения.

Рис.17. Распределение давления по преграде в зависимости от безразмерного времени 1 и расстояния от центральной точки преграды х/ё при падении ударной волны, вышедшей из канала круглого сечения. Расстояние до преграды 4ё, число Маха ударной волны Мо=З.О5. Увеличение силы действия на преграду нестационарного потока при выходе ударной волны из канала крестообразной формы поперечного сечения

На основании проведенных исследований в диссертации предложен способ увеличения силы действия на преграду ударной волны, выходящей из канала, путем превращения прямого скачка уплотнения в потоке за ударной волной в систему косых скачков. С этой целью проведены исследования взаимодействия с преградой ударных волн, выходящих из канала с вогнутыми углами в поперечном сечении, а именно, с крестообразной формой поперечного сечения по всей длине. Такая форма была выбрана с целью воздействия на структуру потока после выхода ударной волны из канала. Сравнение осциллограмм давления (рис.18) с теплерограммами показывает, что к моменту подъема давления при истечении из канала крестообразного сечения в структуре потока исчезает прямой скачек уплотнения, в отличие от случая истечения из каналов круглого и квадратного сечений.

О 1.0 2.0 3.0 ' 4.0

Рис.18. Осциллограммы давления в центральной точке преграды, расстояние до преграды 4ё. 1,2, 3 - каналы квадратного, круглого и крестообразного сечения соответственно. Мо = 3.05 Сила действия потока выходящего из канала крестообразного сечения оказывается в 8 раз больше чем в случае круглого сечения (рис. 19).

о.о 1.о го зо I 4.с

Рис.19. Зависимость силы действия потока на преграду от времени для случаев истечения газа из канала 1 - канал крестообразного сечения, 2 - канал круглого сечения.

Расстояние до преграды число Маха ударной волны Мо=З.05 Наблюдаемые явления связаны с потерями полного давления на скачках уплотнения в нестационарном потоке за счет увеличения температуры и энтропии при прохождении газа через прямой скачок. Отношение полного давления на преграде к полному давлению на срезе канала характеризует

потери полного давления на системе скачков уплотнения, возникающих при взаимодействии с преградой дифрагированной ударной волны и потока за ней. Полное давление потока на срезе канала определяется по числу Маха спутного потока за падающей ударной волной, которое является известной функцией от измеренного начального числа Маха ударной волны. В рассмотренном случае коэффициент восстановления полного давления оказался равным 0.09, 0.12 и 0.6 при истечении из каналов квадратного, круглого и крестообразного сечения соответственно. Коэффициент восстановления полного давления может быть увеличен при увеличении отношения длины щелей к их ширине.

В главе б приведены примеры приложения исследований взаимодействия импульсной струи с преградами к волновым процессам, возникающим в устройствах ракетной и космической техники. На вакуумном стенде «ИСТРА» выполнены исследования воздействия на модель струй горячего газа, используемых для раскрытия защитного цилиндра в космосе. На стенде «ДИОГЕН» выбрана оптимальная конструкция соплового устройства для смешения газов при раздельной подаче горючего и окислителя в камеру сгорания. Созданы физическая и математическая модели действия стартовой ударной волны, возникающей при запуске сопла РД, на наружную стенку сопла.

Заключение

1. Установлены закономерности формирования крупномасштабных вихревых структур в осесимметричных недорасширенных импульсных струях: Получены аппроксимационные соотношения, описывающие в безразмерных координатах траектории движения головных вихрей в импульсных струях азота, углекислого газа, аргона и гелия при различных отношениях температуры на срезе сопла к температуре окружающей среды. Обнаружено, что при переходе от газов с большими молекулярными весами и низкими скоростями звука (СО2) к легким атомарным газам с высокими скоростями звука (Не) скорость вихря увеличивается в 3 раза.

- Установлены закономерности развития вихревых структур в блочных импульсных струях. Выявлено, что в результате поперечного взаимодействия головных вихрей одиночных импульсных струй образуется общая передняя часть составной струи, представляющая собой объединенный вихрь с боковыми выбросами газа. Определено влияние относительного разноса сопел на развитие во времени поперечных размеров головной части составной струи. Обнаружено, что размеры головной части струи в плоскости взаимодействия с некоторого момента времени начинают превышать размеры струи в осевой плоскости для всех блоков.

2. Установлено влияние формы поперечного сечения канала на форму и интенсивность выходящей из него ударной волны. Получено распределение

интенсивности ударной волны во времени и пространстве при дифракции из ударной трубы круглого и квадратного сечения на угле 90° (на прямоугольном срезе). Выведены аппроксимационные формулы зависимости числа Маха пристенной части дифрагированной волны в различных направлениях от чисел Маха падающей ударной волны 2<Мо<7. Показано, что в направлении диагонали квадрата имеется область большего ослабления ударной волны.

- При выходе ударной волны из канала квадратного сечения обнаружено перерасширение потока в волне разрежения, замыкаемого косым скачком уплотнения. Расстояние от среза до волны торможения быстро превышает стационарное положение диска Маха. Объем разреженного газа, ограниченного скачками и степень расширения в нем больше, чем в стационарной струе.

- Впервые в трёхмерном дозвуковом потоке за дифрагированной ударной волной экспериментально обнаружено существование вихревых скачков ниже порога, полученного аналитически для плоского автомодельного случая, при уменьшении числа Маха падающей ударной волны вплоть до 1.04

3. Установлены особенности взаимодействия импульсной струи с преградой.

На небольших расстояниях между соплом и пластиной взаимодействие определяется отражением пусковой ударной волны, приводящим к повышению давления. На больших расстояниях по сравнению с расстоянием до диска Маха основную роль во взаимодействии играет головная часть импульсной струи. Температура газа у пластины превышает температуру торможения, при этом резко возрастает тепловой поток на пластину.

4. Установлено влияние частичного перекрытия выхода из канала на воздействие на преграду выходящей из него ударной волны. Получены зависимости динамического воздействия ударных волн на преграду, определяющие порог комбинации чисел Маха ударной волны, степени перекрытия и расстояния до преграды для уменьшения или увеличения импульса давления на ней. Частичное перекрытие выхода из канала приводит к уменьшению давления на преграду при выходе из канала сильной ударной волны (Мо>1.7) и к увеличению давления при выходе слабой ударной волны (Мо=1.1-1.7).

5. Показано, что сила действия потока за ударной волной, вышедшей из канала квадратного сечения меньше, чем в случае круглого сечения канала. При истечении из канала крестообразной формы сила действия увеличивается в несколько раз. Это связано с потерями полного давления на скачках уплотнения в нестационарном потоке, с увеличением температуры и энтропии при прохождении газа через прямой скачок.

6. Разработан рациональный метод физического и численного моделирования действия ударных волн при стендовой отработке ракетного двигателя. Метод приводит к значительному удешевлению отработки и позволяет оптимизировать работу высотного стенда с полноразмерным двигателем.

7. Установленные закономерности открывают возможность управления полным давлением в потоке при выходе ударной волны из канала путем диафрагмирования или изменения формы его поперечного сечения. На основе полученных результатов могут быть развиты пути управления дальнобойностью струи, импульсом воздействия ударных волн на преграды применительно к ряду практических приложений, таких, как меры безопасности при взрывах в шахтах, домах, при разрыве трубопроводов, емкостей под давлением, производство ЧИПов, очистка поверхностей ударными волнами, улучшение смешения при сверхзвуковом горении и для детонации в частотном режиме, при газодинамическом проектировании сверхзвуковых воздухозаборников, аппаратов струйных технологий и других технических объектов, а также при разработке устройств для уменьшения акустического воздействия выхлопов двигателей внутреннего сгорания.

Основные работы по теме диссертации:

1. Голуб В.В., Шульмейстер A.M. Стартовые ударные волны и вихревые структуры, возникающие при формировании струй. Изв. АН СССР, МЖГ, 1988, т.5, с.146-150.

2. Golub V.V., Shulmeister A.M. Dynamics of large-scale vortex structures emerging in the course of formation of supersonic jets. Proc. Of the 5th Liquid State Conf., Moscow, 1989, p. 182185.

3. Golub V.V., Kharitonov A.I., Sharov Y.L., Shulmeister A.M. Two-direction visualization of vortex rings emerging in course of formation of the supersonic jet. Proc. of the 5* Int. Symp. on Flow Visualization, 1989,556-561.

4. Golub V.V., Shulmeister A.M. Formation of impulse jets outflowing into rarefied gas. Proc. Of 17th Int. Symp. On Rarefied Gas Dynamics, Aachen, FRG, 1990, p. 616-618.

5. Golub V.V., Naboko I.M., Shulmeister A.M. An investigation of impulse jet outflowing from multinozzle blocks by means of the Schlieren installation. Proc. Of Int. Symp. On Optical methods in dynamics of fluids and solids, Czhehoslovakia, 1984. Berlin, Heidelberg| Springer, 1985, p. 357-363.

6. Голуб В.В., Набоко И.М., Шульмейстер А.М. Взаимодействие вихревых структур, образующихся в параллельных импульсных струях. Изв. АН СССР, МЖГ, 1987, т. 6, с. 153159.

7. S.B. Bazarov, T.V. Bazhenova, O.V. Bulat, V.V. Golub, A.M. Shulmeister.Three-dimensional diffraction of shock wave "Shock Waves", ed. by KTakayama, Springer-Verlag, 1992, 251-254

8. O.V. Bulat, V.V. Golub, V.N. Lyakhov, A.M. Shulmeister. Interaction between impulse jet and flat plate //In: Proc. Flow Visualisation VI, Yokohama 1992, Springer-Verlag. P. 163-166

9. V.V. Golub, A.M. Shulmeister, TA. Bormotova. Instability of ring vortices in supersonic impulse j Shock wave interaction at the impingement of impuisive supersonic jet upon obstacle. //In: Sturtevant B, Shepard JB, Hornung HG (eds) "Shock Waves". Proc. 20th ISSW. World Scientific, New Jersey, 1996, pp. 441-446.

10. T.B. Баженова, СБ. Базаров, О.В. Булат, В.В. Голуб, А.М. Шульмейстер. Трехмерная дифракция ударной волны. Изв.АН, МЖГ, 1993, N 1, с.200-201

11. Т.В. Баженова, СБ. Базаров, О.В. Булат, В.В Голуб, А.М. Шульмейстер. Экспериментальное и численное исследование ослабления ударных волн при выходе из плоского и осесимметричного каналов Изв. АН, МЖГ ,1993,N 4, с.204-207.

12. T.V. Bazhenova, V.V. Golub, A.V. Emelyanov, A.V. Eremin, A.M. Shulmeister, O.D. Miloradov, V.S. Ziborov. Influence of noneqillibrium prosesses on gazdynamic parameters of non-stationary supersonic jets. Progress in Astronautics and Aeronautics, 1993, v.154,532-538.

13. V.V. Golub; Development of shock wave and vortex structures in unsteady jets. //Shock Waves, 3:279-285 1994.

14. T.V. Bazhenova, V.V. Golub, A.M. Shulmeister, S.V. Bazarov. Three-dimensional

nonstationary ejection from channel // "Shock Waves -Marseille IV", e d. by R.Bran, SpringerVerlag, 1995,pp. 135-139

15. V.V. Golub, T.V. Bazhenova, A.M. Shulmeister, S.V. Bazarov, T.A. Bormotova, S.V. Pichugin Interference studies of three-dimensional shock wave diffraction. //"Flow visualisation VII", ed. by J. Crowder, Begel House Inc., 1995, pp. 296-301.

16. T.V. Bazhenova, V.V. Golub, A.M. Shulmeister, T.A. Bormotova, S.V. Pichugin The interaction of the shock wave discharged from an open end of a shock tube with a plate //In: Sturtevant B, Shepard JB, Homung HG (eds) "Shock Waves". Proc. 20th ISSW. World Scientific, New Jersey, 1996, pp. 477-482.

17. T.V. Bazhenova, V.V. Golub, A.M. Shulmeister, T.A. Bormotova, S.V. Bazarov. Shock wave interaction at the impingement of impuisive supersonic jet upon obstacle //In: Sturtevant B, Shepard JB, Hornung HG (eds) "Shock Waves". Proc. 20th ISSW. World Scientific, New Jersey, 1996, pp. 441-446.

18. T.V. Bazhenova, V.V. Golub, AM. Shulmeister, T.A. Bormotova, S.V. Bazarov. Interference studies of interaction between an impulsive supersonic jet and flate plate // Transactions J. Mech. and Comb., London, 1996, pp. 327-334.

19. T.V. Bazhenova, V.V. Golub, A.M. Shulmeister, T.A. Bormotova. The experimental modelling of rapidly expanding gas in impulsive supersonic jet.//' Int. Conference of Turbulent Flows", Create, 1996, p. 185-192.

20. T.V. Bazhenova, V.V. Golub, T.A. Bormotova, O.A. Gripich. The grows rate of mixing layer in impulsive jet.// "Flow Control", ERCOFTAG, Corsica, 1996, p.82 -86

21. V. Golub, T. Bazhenova, A. Choulmeister, T. Bormotova. Developement of different kinds of instability during the supersonic jet formation //XIX Int. Congress of theoretical and applied mechanics. Abstracts. Kioto, 1996, p.540.

22. T.B. Баженова, СВ. Базаров, В.В. Голуб, T.A. Бормотова, A.M. Шульмейстер. Дифракция ударной волны из канала квадратного сечения //ТВТ, 1997, N 2, 398

23. T.V. Bazhenova, V.V. Golub, T.A Bormotova, N.V. Osminina, A.M. Shulmeister, S.B. Sherbak Nonselfsimilar diffraction of the shock waves //Proc.of the 21st International Symposium on Shock Waves, ed. by A. Howling, Great Keppel, Australia, 1997, p 195-199

24. V. Golub, Yu. Polejaev. Jets //In: International Encyclopedia of Heat and Mass Transfer. Ed. by .P. Hewitt, Yu.Polejaev, & D.Shires. CRS Press Inc., London, 1997. P. 646-649

25. В.В. Голуб. Сверхзвуковой выброс газа. Природа, 1998, № 1, с. 30-36.

26. Т.В.Баженова, В.В.Голуб, А.М. Шульмейстер, С.В.Базаров. Взаимодействие импульсной сверхзвуковой струи с преградой. //МЖГ, N 2,1998, с. 45-51

27. T.V. Bazhenova, T.A. Bormotova, V.V. Golub, S.B. Sherbak. High speed imaging of spatial developed diffracted shock wave structure near the 90° edge. // In: Proc. Flow Visualisation VIII, Sorrento, Italy, sept 1 - 4,1998. p.

28. V.V. Golub, T.V. Bazhenova, S.B. Scherbak Density and entropy distribution during supersonicjet formation. // In: Proc. Flow Visualisation VIII, Sorrento, Italy, sept 1 - 4,1998.

29. Баженова Т.В., Бормотова Т.А., Голуб В.В., Парфинович А.Ф., Шульмейстер A.M., Щербак СБ. Неавтомодельная дифракция ударных волн. // Научные труды Научно-исследовательского центра теплофизики импульсных воздействий ОИВТ РАН. под редакцией Фортова В.Е. и Лихачева А.П. Выпуск 2. М. ОИВТ РАН. 1999. С.271-280

30. Т.В. Баженова, В.В. Голуб, Т.А. Бормотова, Н.В. Осминина, A.M. Шульмейстер, СБ. Щербак. Дифракция ударной волны из канала квадратного сечения на выпуклом прямом угле. //МЖГ, № 3,1999, с. 114 -120

31. Т.В. Баженова, В.В. Голуб, ТА. Бормотова, А.М.Шульмейстер., СВ. Базаров. Воздействие дифрагированной ударной волны на преграду// МЖГ, № 4,1999 с. 110-115.

32. T.V. Bazhenova, T.A. Bormotova, V.V. Golub, S.A. Novikov, S.B. Shcherbak. Flow separation behind the shock wave diffracted from the square and circular cross-section tubes// Proc.ofthe 22st International Symposium on Shock Waves, ed. by R. Hillier London 1999, p 935 -941

33. A.M. Choulmeister, T.V. Bazhenova, V.V. Golub, S.B. Shcherbak The interaction of two types of sudden expansion flow with a flat plate// Proc.of the 22d International Symposium on Shock Waves, ed. by R. Hillier London 1999, p. 1317 -1321

34. V.V. Golub, T.V. Bazhenova, TA. Bormotova, A.L. Kotelnikov. The influence of the compressible boundary layer on shock waves generation behind the diffracted low Mach numbers shock waves// Proc.ofthe Colloquium EUROMECH 403, Poitieres, France, 1999, p. 157-166

35. Т.В. Баженова, В.В. Голуб, Т.А. Бормотова, А.М. Шульмейстер, СБ. Щербак. Тип отражения пристеной ударной волны при неавтомодельной дифракции на прямом угле. МЖГ №1,2000 С.145-151

36. V.V. Golub, T.V. Bazhenova, T.A. Bormotova, S.A. Novikov, S.B. Scherbak The impingement on the obstacle of shock wave emerging from a partly open channel. In: Proc. Flow Visualisation DC, Edinburg, 2000 P. 104

37. Choulmeister A.M., Bazhenova T.V., Golub V.V., Nikitin D.A The dynamics of supersonic vortex ring in hot and cold impulsive jets. // In: Proc. of the Flow Visualisation IX Conference, Edinburg, August 25-30.2000. P.57

38. Т.В. Баженова, Т.А. Бормотова, В.В. Голуб, С.А. Новиков, С. Б. Щербак Воздействие на преграду ударных волн, выходящих из частично перекрытого канала. "Письма в ЖТФ" 2000. т. 26, в. 15. С 32-38

39. Golub V.V., Bazhenova T.V., Bormotova T.A Post diffracted shock waves in 3-D flow // In: Abstracts of the 20 International Congress on Theoretical and Applied Mechanics. Chicago. 2000. P. 216

40. Т.В. Баженова, Т.А. Бормотова, В.В. Голуб, А.Л. Котельников, А.С. Чижиков. Управление структурой потока, возникающего при выходе ударных волн из канала. //В сб. "Научные труды Института теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН" под редакцией Фортова В.Е. и Лихачева АЛ. Выпуск 3. ОИВТ РАН. Москва. 2001. С. 355-362

41. Т.В. Баженова, Т.А. Бормотова, В.В. Голуб, А.Л. Котельников, А.С Чижиков. Потери

полного давления в потоке за ударной волной, выходящей из каналов различной геометрии. ПЖТФ. 2001. т. 27. вып. 16. С. 10-15

42. Т.В. Баженова, В.В. Голуб, Т.А Бормотова, СА Новиков, СБ. Щербак. Расширение потока при выходе ударной волны из канала. ТВТ, т. 39, № 1,2001, С. 123-127

43. V.V.Golub, T.V. Bazhenova, Т.А Bormotova, A.L. Kotelnikov, SA Novikov. Impulse control of the shock wave discharged from the partly closed channel exit. // In: CD Proceedings .of the 23d International Symposium on Shock Waves, Fort Worth, Texas, USA, ed. by F. K Lu. Arlington, Texas, 2002.

44. V.V. Golub, T.V. Bazhenova, T.A Bormotova, A.L. Kotelnikov, A.S. Chizhikov. Interaction between the shock waves diffracted from the square or circular cross-section channels and the obstacle // In: CD Proceedings of the 23d International Symposium on Shock Waves, Fort Worth, Texas, USA, ed. by F. K Lu. Arlington, Texas, 2002.

45. A.M. Choulmeister, T.V. Bazhenova, V.V. Golub, I. Grant, V.S. Fonov. Shock waves generated by the large-scale vortical structures in impulsive supersonic jets. // In: CD Proceedings .of the 23 st International Symposium on Shock Waves, Fort Worth, Texas, USA, ed! by F. K. Lu. Arlington, Texas, 2003

46. Т.В. Баженова, ТА Бормотова, В.В. Голуб, АЛ. Котельников, А.С. Чижиков, СБ. Щербак. Влияние трехмерных эффектов на взаимодействие с преградой ударной волны, выходящей из канала. ТВТ.2002 . т.40. № 2. С.250-255

47. Т.В Баженова, ТА Бормотова., В.В. Голуб, А.Л. Котельников, А.А. Макеич, СБ. Щербак Образование вихревых скачков уплотнения в трехмерном дозвуковом потоке, возникающем при выходе слабой ударной волны из канала. ПЖТФ. 2002. т. 28 вып. 16. с. 52

48. Golub V.V, Bazhenova T.V., Kotelnikov A.L., Chizhikov A.S. Amplification ofthe impulse of the jet behind shock wave emerging from the channel // In CD Proceedings of the 10th International Symposium on Flow Visualisation (ISFV10), Kioto, Japan, August 26 -29, 2002. PaperF-OO35p.l-8

49. Choulmeister AM., Bazhenova T.V., Golub V.V., Mirova O.A. Investigation of Shock Waves and Turbulent Structures in Impulsive Supersonic Axisymmetric Jets //In CD Proceedings of the 10th International Symposium on Flow Visualisation (ISFV10), Kioto,, Japan, August 26 -29, 2002. Paper F-0017

50. Kotelnikov A.L., Golub V.V., Bazhenova T.V., Chizhikov A.S., Bragin M.V. Supersonic flow structure during the interaction between the shock wave emerging from the channel and the obstacle in the axisymmetric and 3D cases // In CD Proceedings of the 10* International Symposium on Flow Visualisation (ISFV10), Kioto, Japan, August 26 -29, 2002. Paper F- 0036 p.1-9

51. Т.В. Баженова, Т.А Бормотова, В.В. Голуб, АЛ. Котельников, А.А. Макеич, ОА Мирова, СБ. Щербак. Исследование вихревых скачков в трехмерном дозвуковом потоке, возникающем при выходе слабой ударной волны из канала /В сб. "Научные труды

-58

ГрОС. национальная 1 библиотека

Института теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН", под редакцией Фортова В.Е. и Лихачева А.П. Выпуск 4. ОИВТ РАН. Москва. 2002 С. 261-266

52. Академик Фортов В.Е., член-корреспондент РАН Соломонов Ю.С., В.В. Голуб В.В., Баженова Т.В., Бормотова Т.А., Володин В В., Ефремов В.П.,. Макеич А.А, Щербак СБ.. Выход ударной волны из сопла в ограниченное пространство. //Доклады РАН 2002. Т. 387, №4.С..475-477

53. Голуб В.В., Баженова Т.В., Володин В.В., Ефремов В.П., Макеич А.А., Щербак СБ. Разработка физической и математической модели волновых процессов при высотных испытаниях реактивного двигателя. // В сб. "Научные труды Института теплофизики экстремальных состояний ОИВТ РАН" Выпуск 5 - 2002. Под редакцией В.Е. Фортова и А.П. Лихачева. - М: ОИВТ РАН. 2003. С 299 -305

54. Баженова Т.В., Бакланов. Д.И., Голуб. В.В., Володин В.В, Головастое СВ., Мэйерс Д., Лю Ф. Получение газовой детонации с повышенными параметрами на установке с раздельной подачей реагентов. Хим.физика. 2003. Т.22. № 8. С.38 -44

55. Baklanov D.I., Bormotova T.A., Golub V.V., Makeich A.A., Volodin V.V., Meyers J., Lu F.K. The effect of shear layer control on DDT //: AIAA Paper 03-. 1207

56. Баженова Т.В., Голуб В.В., Котельников А.Л., Чижиков А.С., Щербак С.Б Влияние частичного перекрытия канала на импульс давления выходящей из него ударной волны //МЖГ. 2003. № 2. С. 193 -200.

57. Баженова Т.В., Голуб В.В., Котельников А.Л., Чижиков А.С., Братин М.В. Увеличение коэффициента восстановления полного давления в потоке за ударной волной, выходящей из канала с вогнутыми углами в поперечном сечении /ПЖТФ. 2003. Т. 29. № 9. С.69-73

В.В.Голуб

ИМПУЛЬСНЫЕ СТРУЙНЫЕ сверхзвуковые течения

Автореферат

Подписано в печать 26.08.04г. Печать офсетная Тираж 150 экз.

Уч.-изд.л.2,125 Заказ №19

Формат 60x84/16 Усл. печ.л. 1,975 Бесплатно

ОИВТ РАН, 125412, Москва, Ижорская ул. 13/19

i* 3 7 47®

РНБ Русский фонд

2005-4 13531

Содержание диссертации автор исследовательской работы: доктора физико-математических наук, Голуб, Виктор Владимирович

Введение.

Глава 1. Обзор работ по исследованию импульсных струйных сверхзвуковых течений и их воздействия на преграду.

1.1. Структура стационарных сверхзвуковых струй газа.

1.2. Аналитическое и численное моделирование запуска сверхзвуковых струй.

1.2.1. Запуск струи, истекающей в вакуум.

1.2.2. Запуск струи, истекающей в пространство с противодавлением.

1.3. Экспериментальные исследования запуска сверхзвуковых струй, истекающих в пространство с противодавлением.

1.4. Течение расширения при дифракции ударной волны на плоском выпуклом угле (автомодельный случай).

1.4.1. Структура течения расширения после огибания ударной волной плоского выпуклого угла.

1.4.2.Отрыв потока при огибании ударной волной плоского выпуклого угла.

1.4.3.Форма дифрагированной волны и тип отражения ее от стенки.

1.5. Течения расширения, возникающие при выходе ударной волны из канала (неавтомодельный случай).

1.5.1.0сесимметричный канал.

1.5.2. Канал квадратного сечения.

1.5.3.Вторичная ударная волна в зоне вихревого кольца.

1.5.4. Потери полного давления в струйных течениях.

1.6. Воздействие течений расширения на преграду.

1.6.1. Взаимодействие с преградой стационарных и импульсных струй.

1.6.2. Взаимодействие ударной волны, выходящей из канала круглого сечения, с плоской преградой.

1.7. Практическое применение импульсных течений расширения.

Выводы к гл. 1.

Глава 2. Методы экспериментального и численного исследования импульсных течений расширения.

2.1. Экспериментальная база.

2.2. Методики измерения газодинамических и тепловых параметров нестационарных сверхзвуковых потоков.

2.2.1. Методика исследования структуры потока теневым методом.

2.2.2. Измерение плотности интерферометрическим методом.

2.2.3.Развитие методики обработки осесимметричных интерферограмм и примеры ее использования.

2.2.4. Измерение давления и температуры стенки.

2.3. Численный метод расчета пространственных течений расширения.

2.4. Анализ погрешностей при измерении основных параметров потока.

2.4.1. Погрешность измерения числа Маха ударных волн.

2.4.2. Погрешность измерения положения характерных неоднородностей.

2.4.3. Погрешность измерения давления.

Выводы к гл. 2.

Глава 3. Формирование крупномасштабных вихревых структур в осесимметричных недорасширенных импульсных струях.

3.1. Критерии моделирования нестационарных сверхзвуковых струй, истекающих в затопленное пространство.

3.2. Условия проведения экспериментов.

3.3. Вихревые структуры, возникающие при формировании осесимметричных недорасширенных струй.

3.4. Влияние температурного фактора на развитие крупномасштабных вихревых структур в струях.

3.5. Динамика вихревых структур в импульсных струях при изменении физических свойств истекающего и окружающего газов.

3.6. Влияние числа Рейнольдса на крупномасштабные вихревые структуры в импульсных струях.

3.7. Развитие вихревых структур в блочных импульсных струях.

3.8. Влияние геометрических характеристик сопел и разносов между ними на развитие вихревых структур в блочных струях азота.

Выводы к гл. 3.

Глава 4. Течения расширения, возникающие при выходе ударной волны из канала.

4.1. Дифракция ударной волны при выходе из канала круглого сечения в свободное пространство с противодавлением.

4.1.1. Структура потока.

4.1.2. Падение амплитуды давления на дифрагированной волне и скорости волны.

4.1.3. Падение интенсивность ударной волны вдоль задней стенки.

4.2. Дифракция ударной волны при выходе из канала квадратного сечения в неограниченное пространство.

4.2.1. Инверсия структуры потока по отношению к плоскостям симметрии.

4.2.2. Влияние трехмерности течения на распределение давлений на задней стенке.

4.3. Дифракция ударной волны на прямом выпуклом угле при выходе из канала в полуограниченное пространство.

4.3.1. Зависимость числа Маха распространения переднего фронта и пристеночной части ударной волны от числа Маха падающей волны при дифракции из канала круглого сечения.

4.3.2. Ослабление ударной волны по диагоналям при дифракции из канала квадратного сечения.

4.3.3. Сравнение осесимметричного и трехмерного случаев.

4.3.4. Распределение термодинамических параметров в потоке за дифрагированной волной.

4.4. Изменение типа отражения пристеночной ударной волны при неавтомодельной дифракции на прямом угле.

4.5. Расширение потока при выходе ударной волны из канала.

4.5.1. Угол отрыва потока от стенки.

4.5.2. Терминатор.

4.5.3. Структура "первой бочки струи".

4.6. Возникновение локальных сверхзвуковых областей в дозвуковом потоке за слабой дифрагированной ударной волной.

4.6.1. Теоретическое определение наименьшего числа Маха ударной волны, при котором возникает сверхзвуковой поток при выходе ударной волны из канала.

4.6.2. Экспериментальное обнаружение вихревого скачка при низких числах Маха падающей ударной волны.

4.6.3. Зависимость времени образования вихревого скачка от числа Маха падающей ударной волны.

4.6.4. Численное обнаружение локальных сверхзвуковых областей при дифракции слабой ударной волны из канала квадратного сечения.

Выводы к гл. 4.

Глава 5. Тепловое и динамическое воздействие импульсных сверхзвуковых потоков на преграду.

5.1. Взаимодействие импульсной сверхзвуковой струи с преградой.

5.1.1. Условия эксперимента.

5.1.2. Распределения во времени давления и теплого потока в различных точках на преграде и пространственное распределение плотностей.

5.1.3. Численное моделирование взаимодействия импульсной струи с преградой.

5.1.4. Влияние отраженной пусковой ударной волны и головной части потока истекающего газа с вихрем на распределение динамических и тепловых нагрузок на пластину во времени и пространстве.

5.1.5. Температура торможения импульсной струи на преграде.

5.2. Воздействие дифрагированной ударной волны на преграду.

5.2.1. Условия эксперимента.

5.2.2. Волновая структура течения.

5.2.3. Распределение параметров потока у поверхности пластины после взаимодействия с нею дифрагированной ударной волны.

5.2.4. Влияние установки сопла на выходе из канала на взаимодействие потока с преградой.

5.3. Воздействие на преграду ударных волн, выходящих из частично перекрытого канала.

5.3.1. Условия эксперимента.

5.3.2. Численное моделирование течения в двухсвязной области.

5.3.3. Повышение давления на преграде в результате увеличения давления на выходе из канала после отражения ударной волны от торца с диафрагмой.

5.3.4. Границы области увеличение импульса давления при частичном перекрытии канала в зависимости от числа Маха ударной волны и расстояния до преграды.

5.4. Влияние трехмерных эффектов на взаимодействие с преградой ударной волны, выходящей из канала.

5.4.1. Условия эксперимента.

5.4.2. Структура потока при взаимодействии с преградой ударной волн, выходящих 1® из каналов с круглым и квадратным сечением.

5.4.3. Давление на преграде при взаимодействии с ней ударных волн, выходящих из каналов с круглым и квадратным сечением.

5.4.4. Коэффициент восстановления полного давления.

5.4.5. Численное моделирование взаимодействия с преградой потока за ударной волной, выходящей из каналов различного сечения.

5.4.6. Распределение термодинамических параметров потока по преграде.

5.4.7. Уменьшение силы действия нестационарного потока на преграду при выходе ударной волны из канала квадратного сечения.

5.5. Увеличение силы действия на преграду ударной волны, выходящей из канала, путем превращения прямого скачка уплотнения в систему косых скачков.

5.5.1. Условия эксперимента.

5.5.2. Исчезновение прямого скачка уплотнения структуре потока при истечении из канала крестообразного сечения.

5.5.3. Уменьшение скачка температуры и энтропии в волне торможения при выходе из канала крестообразного сечения.

5.5.4. Оптимизация силы действия нестационарного потока на преграду.

Выводы к гл. 5.

Глава 6. Примеры приложения исследований взаимодействия импульсной струи с преградами к волновым процессам, возникающим в устройствах ракетной и космической техники.

6.1. Исследование взаимодействия импульсных струй с моделью при раскрытии защитного цилиндра в вакууме.

6.2. Влияние устройства сопла на улучшение смешения компонент топлива при раздельной подаче горючего и окислителя.

6.3. Выход ударной волны из сопла в замкнутое загроможденное пространство.

6.3.1. Физическое моделирование волновых процессов при высотных испытаниях ракетного двигателя.

6.3.2. Повышение давления в области между стенкой сопла и диффузором.

6.3.3. Взаимодействие стартовой ударной волны с потоком в камере смешения эжектора.

6.3.4. Математическая модель процесса запуска сопла при наличии эжектора при стендовых испытаниях.

• 6.3.5. Расчет стартового процесса при запуске РД на высотном стенде с эжектором.

6.3.6. Расчет нагрузок на сопло, возникающих при запуске реактивного двигателя.

Выводы к гл. 6.

Введение диссертация по механике, на тему "Импульсные струйные сверхзвуковые течения"

Актуальность темы

При импульсном запуске струй наблюдается стартовая ударная волна, распространяющаяся в фоновом газе, головная часть струи с системой вихревых колец и вторичные ударные волны в истекающем газе. До настоящего времени основное внимание исследователей было сосредоточено на изучении крупномасштабных вихревых образований в стационарных осесимметричных струях [6,145-147]. В [24] было указано на существование подобных вихревых структур в импульсных осесимметричных струях, однако их динамика и распределение параметров струи газа достаточно подробно исследованы в связи с тем, что они находят широкое применение в авиационной и ракетной технике, а также в энергетических устройствах и ряде технологических процессов. Гораздо меньше исследованы импульсные течения расширения, возникающие на начальной стадии процесса, когда истекающий газ попадает в неподвижную среду. В этом случае структура потока зависит не только от координат, но также и от времени. В природе и технике наблюдается ряд нестационарных газодинамических явлений, имеющих общую природу. К ним можно отнести залповые выбросы из вулканов, запуск ракетного двигателя, истечение испарившегося вещества при воздействии излучения импульсного лазера на твердое тело, выхлоп при выстреле, струйные выбросы из различных астрофизических объектов. Все они имеют общий физический механизм и пока мало изучены.

В импульсных струйных сверхзвуковых течениях можно выделить два близких по газодинамической структуре класса явлений, которые отличаются друг от друга начальными условиями. В первом случае истечение происходит из сосуда высокого давления при внезапно открывающемся отверстии. Если давление в сосуде выше критического, то в отверстии устанавливается постоянная скорость истечения, равная местной скорости звука и не зависящая от перепада давлений. В истекающем газе возникают вихревые структуры и ударные волны. Перед фронтом истекающего газа в окружающей среде также возникает ударная волна. Во втором случае поток создается ударной волной, выходящей из канала. Скорость потока за ней зависит от числа Маха ударной волны. Структура течения резко отличается при переходе от плоского течения к осесимметричному и трехмерному.

Объект исследования

На схемах приведены различные случаи запуска струи (В1) и выхода ударной волны из канала (В2), исследованные в диссертации. Принципиальным отличием от исследованной ранее дифракции ударной волны (плоский случай огибания угла ударной волной в полубесконечном пространстве, изображенный внизу схемы), при выходе ударной волны из канала является наличие характерного размера и отсутствие автомодельности.

Исследованы три формы поперечного сечения канала - круг, с выпуклыми углами (квадрат) и с вогнутыми углами (крест). Эти фигуры отличаются характером взаимодействия вееров разрежения в потоке за ударной волной, что отражается на увеличении площади свободных границ потока и изменяет его структуру.

Распад произвольного разрыва на отверстии (\7"=сопз^

1) В неограниченное пространство Ро ^

2) В ограниченное пространство Ро

3) В ограниченное пространство со спутным потоком Ро = ~—► —

4) При взаимодействии с преградой Р0

5) При взаимодействии друг с другом Ро ~

Рис. В1. Различные случаи запуска струи, исследованные в диссертации.

Выход УВ из канала (у^Мр))

Мо

1) В неограниченное пространство (канал различного сечения)

2) В полуограниченное пространство (канал различного сечения)

М„ ол.кь

3) В полуограниченное пространство с преградой (канал с диафрагмой)

Мо О

4) В полуограниченное пространство с преградой (канал различного сечения)

Мо V у

ОШЬ

Мо

5) Плоский случай огибания угла ударной волной

ТТ7 у у /

Рис.В2. Различные случаи выхода ударной волны из канала (1-4), исследованные в диссертации.

Цель работы

• Установить основные закономерности нестационарных струйных течений расширения и их взаимодействия с преградой в зависимости от начальных и граничных условий.

• Составить физическую и математическую модели процессов нестационарного истечения газа и взаимодействия импульсных струй с преградами.

Основные результаты и научная новизна

Потери полного давления на скачках уплотнения в нестационарном потоке с увеличением температуры и энтропии при прохождении газа через прямой скачок могут быть уменьшены путем изменения формы сечения канала, приводящему к замене прямого скачка на систему косых скачков Практическая значимость результатов работы Результаты могут быть использованы для:

- моделирования последствий аварийных ситуаций, возникающих при взрыве,

- моделирования запуска реактивных двигателей,

- разработки новых фурм при выплавке стали в конверторе,

- разработки перспективного глушителя автомобильного двигателя, разработки методов управления воздействием на преграду ударных волн, выходящих из каналов различной геометрии, ослабления ударных волн при выстреле из ствольных и динамореактивных систем,

- разработки эффективных методов смешения компонент топлива в перспективных авиационных двигателях.

Основные результаты работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях и симпозиумах: 17-24 Международных Симпозиумах по ударным волнам (1989-2004 гг.), V-X Международных Симпозиумах по визуализации потоков (1989-2002 гг.), V Европейской конференции по исследованию жидкости(1989г), V Европейской конференции по турбулентности(1994г), на XIX и XX Международных конгрессах по теоретической и прикладной механике (1996 и 2000 гг.), на конференциях Международной комиссии ERCOFTAG в 1996 и 1998 гг., на «EVROMECH COLLOQUIUM 403» (Пуатье, Франция, 1999), на III - VI Всероссийских научных конференциях "Оптические методы исследования потоков". (1995-2002), на XIV -XIX Международных семинарах по струйным, отрывным и нестационарным течениям (1992-2002), на XXVI-XXVIII академических чтениях по космонавтике (2000—2004 гг.), и на многих специализированных международных и российских научных семинарах, общее число докладов — 45

Публикации

Заключение диссертации по теме "Механика жидкости, газа и плазмы"

Выводы к гл. б

1. Экспериментально показано, что воздействие на модель струй горячего газа, используемых для раскрытия защитного цилиндра в космосе, может приводить к разрушению защищаемого устройства

2. Установка различного вида резонаторов на сверхзвуковом сопле возбуждает неустойчивость пограничного слоя в сверхзвуковой струе и существенно увеличивает площадь контактной поверхности.

3. Разработан рациональный метод физического и численного моделирования действия ударных волн при стендовой отработке ракетного двигателя на базе ударной трубы. Метод приводит к значительному удешевлению отработки и позволяет оптимизировать работу высотного стенда с полноразмерным двигателем. Причиной увеличения давления на наружной стенке сопла, которое может привести к его разрушению, является действие стартовой ударной волны, взаимодействующей с эжектирующей струей.

Заключение

1. Установлены закономерности формирования крупномасштабных вихревых структур в осесимметричных недорасширенных импульсных струях:

- Получены аппроксимационные соотношения, описывающие в безразмерных координатах траектории движения головных вихрей в импульсных струях азота, углекислого газа, аргона и гелия при различных отношениях температуры на срезе сопла к температуре окружающей среды. Обнаружено, что при переходе от газов с большими молекулярными весами и низкими скоростями звука (СОг) к легким атомарным газам с высокими скоростями звука (Не) скорость вихря увеличивается в 3 раза.

2. Установлено влияние формы поперечного сечения канала на форму и интенсивность выходящей из него ударной волны. Получено распределение интенсивности ударной волны во времени и пространстве при дифракции из ударной трубы круглого и квадратного сечения на угле 90° (на прямоугольном срезе). Выведены аппроксимационные формулы зависимости числа Маха пристенной части дифрагированной волны в различных направлениях от чисел Маха падающей ударной волны 2<Мо<7. Показано, что в направлении диагонали квадрата имеется область большего ослабления ударной волны.

3. Установлены особенности взаимодействия импульсной струи с преградой.

Список источников диссертации и автореферата по механике, доктора физико-математических наук, Голуб, Виктор Владимирович, Москва

1. Дулов В.Г., Лукьянов Г.А. Газодинамика процессов истечения. /Отв. ред. H.A. Желтухин- -// Новосибирск: Наука, 1984,-234 с.

2. Абрамович Г.Н. Прикладная газовая динамика. //М.,"Наука", 1991, 600 с.

3. Станюкович К.П. Неустановившееся движение сплошной среды. //-М.: Наука. 1971,-854 с.

4. Баженова Т.В., Гвоздева Л.Г. Нестационарные взаимодействия ударных волн. // М.:Наука, 1977. С.172-192.

5. Сверхзвуковые струи идеального газа./ Аверенкова Г.И., Ашратов Э.А., Волконская Т.Г. и др.- М.:Изд-во МГУ, 1970-1971,4.1.-379 с. 4.II.-170 с.

6. B.C. Авдуевский, Э.А. Ашратов, A.B. Иванов, У.Г. Пирумов.- Газодинамика сверхзвуковых неизобарических струй //М.: Машинострое-ние 1989,-320 с.

7. Гусев В.Н. К вопросу о запуске сверхзвуковых сопел //Инж.журн.- 1961.-ТД-В1-С 1Ш6&

8. Н.Ю. Быков, Ю.Е. Горбачев, Г.А. Лукьянов. Параллельное прямое моделирование методом Монте-Карло истечения газа в вакуум от импульсного источника // Теплофизика и аэромеханика 1998, т. 5, № 3, с.439-445

9. Н.Ю. Быков, Г.А. Лукьянов. Структура и параметры ударного слоя, образующегося при взаимодействии сверхзвуковой недорасширенной струи с встречным гиперзвуковым потоком в переходном режиме.// ЖТФ.- 1998.- Т.68.- № 7.- С 13-18.

10. Simons G.A. The large time behavior or a steady spherical, sourse into an arbitrary gas // AIAA Paper. 1970,-N 70-232.

11. И. Чекмарев С.Ф. Неустановившееся радиальное расширение газа в затопленное пространство от внезапно включенного стационарного источ-ника // ПМТФ,-1975,-№ 2.-С.70-79,

12. Чекмаревв С.Ф, Станкус Н.В. Газодинамическая модель и соотношения подобия для запуска сверхзвуковых сопел и струй // ЖТФ.-1984. -Т.54.-В.8.-С.1576-1583.

13. Голуб В.В., Шульмейстер A.M. Стартовые ударные волны и вихревые структуры, возникающие при формировании струй. Изв. АН СССР, МЖГ, 1988, т.5, с.146-150.

14. Чекмарев С.Ф. Импульсные течения газа в сверхзвуковых соплах и струях.-Новосибирск:Институт теплофизики СО АН СССР, 1989.,-342 с.

15. Norman M.L. ,Smarr L.L., Winkler K.-H.A. Structure and dynamics of supersonic jets // Astronomy and astrophysics.-1982.-V. 113.-N 2.-P.285-302.

16. Norman M.L.,Smarr L.L. Winkler K.-H.A. Shocks,interfaces and pattern in supersonic jets // Physica D.-1984.-V. 12.-P.83-106.

17. Winkler K.-H., Chalmers Jay.W. ,Hodson S.W. A numerical laboratory // Physics Today.-October 1987.-P.28-37.

18. Васильев Е.И. Нестационарное истечение струи в затопленное пространство // Изв. АН СССР, M5KT.-1984.-N-I.-C.42-46.

19. Разработка математической модели нестационарных взаимодействий ударных волн и структуры нестационарных струй в присутствии преград, Otnet НИР/итоговый/ МОПИ, Руководитель В.М. Устинов. Hhb.N 38-Москва, 1937.-76 с.

20. Виткин Э.И.,Еремин А,В»Зиборов B.C. и др. Исследование неравновесных процессов при запуске недораспшренной струи, -Минск.-1989.-83 с. (Препринт /АН ЕССР. Ин-т физики ,N 571).

21. Старшинов А.И. Экспериментальное исследование начальной стадии образования струи.// Вестник ЛГУ.-1964.-№ I3.-B.3.-C.IIO-II3

22. Старшинов А.И. Экспериментальное исследование формирования струи за фронтом ударной волны при истечении из расходящихся сверхзвуковых сопел // Вестник ЛГУ.-1965.-N 13.-В,3.-С. 166-168.

23. Amann Н.О. Experimental study of the starting process in a re-flection nozzle // Phys.Fluids.-1969.-V.I2.-N 5.-P.146-150.

24. Белавин А.В. ,Голуб В.В, Набоко И.М. и др. Исследование нестационарной структуры потока при истечении ударно-нагретого газа // ПМТФ,-1973 .-N 5,-С.34-40.

25. Еремин А. В., Кочнев В.А. ,Набоко И.М, Исследование формирова-ния струи газа при истечении в разреженное пространство //nMTO.-I975.-N 2.-С.70-79.

26. Еремин А,В-> Кочнев В.А.,Куликовский А.А., Набоко И.М. Нестационарные процессы при запуске сильно недорасширенных струй //ПМТФ.-1978.-№ I.-C.34-40.

27. Кочнев В.А.,Набоко И.М. Экспериментальное исследование импульсных сверхзвуковых струй низкой плотности // ПМТФ.-1980.-№ 2.-С. 107 -113.

28. Белавин В.А., Голуб В.В., Набоко И.М. Структура импульсных струй газов, истекающих через сверхзвуковые сопла // ПМТФ.-1979.-№ I.-C. 56-65.

29. Добрынин В.М., Кисляков В.Б., Масленников В.Г. Исследование импульсного сверхзвукового истечения аргона из конического сопла // ЖТФ.-1979.-T.49.-B.II.-C.2516-2519.

30. Масленников В.Г., Добрынин В.М. Процесс установления начального участка плоских сверхзвуковых струй азота при различных значениях нерасчетности истечения // ЖТФ.-1981.-Т.51.-В.6.-С.1229-1236.

31. Бурмаков А.П., Новик Г.М. Интерференционно-голографическое исследование сверхзвуковой плазменной струи импульсного разряда // ЖТФ. -1981. -Т. 51.-В. I. -С. 68-72

32. Lighthil M.J. The difraction of a blast // Proc. Roy. Soc. A, 1949, 198, N1055,454.

33. Pack D.C. The reflection and diffraction of shock waves.- "J. Fluid Mech.", 1964, 18, pt.4, 549.

34. Тарнавский Г.В., Хоничев В.И., Яковлев В.И. Дифракция ударной волны на прямом угле и на выходе из плоского канала.- "Изв. Сиб. Отд. АН СССР. Сер. Техн. Наук", 1974, вып.2, № 8. 56-65.

35. Hillier, R. Computation of shock wave diffraction at a ninety degrees convex edge // Shock Waves. 1. 1991. p.89-98.

36. Skews B.W.; The shape of the diffracting shock wave.// J. Fluid Mech. 1967. Vol.29, pt.2, p.297-304.

37. Skews B.W.; The perturbed region behind a diffracting shock waves.- "J. Fluid Mech.", 1967,29, pt4,705-719.

38. Skews B.W.; Studies of shock waves interactions.- "J.S. Afric. Instn. Mech. Engrs", 1969,18, N11,309.

39. Баженова T.B., Гвоздева Л.Г., Комаров B.C., Сухов Б.Г.; Течение релаксирующего газа, возникающее при выходе ударной волны в расширяющийся канал.- ТВТ, 1973, № 6,1203-1212.

40. Баженова Т.В., Гвоздева Л.Г., Комаров B.C., Сухов Б.Г. Исследование дифракции сильных ударных волн на выпуклых углах.// Изв. АН СССР. МЖГ. 1973. № 4. С. 122-129.

41. Bazhenova T.V., Gvozdeva L.G., Komarov B.G., Suchov B.G. Pressure and temperature change in the wall surface in strong shock wave diffraction, "Astr. Acta", 1970, 15.

42. Bazhenova T.V., Gvozdeva L.G., Komarov B.G., Suchov B.G. Diffraction of strong shock waves in a shock tube.- In: Shock Tube Research. London, Chapman Hall, 1971.

43. Баженова T.B., Гвоздева Л.Г., Жилин Ю.В.; Изменение интенсивности ударной волны при огибании выпуклого угла.- ТВТ, 1976, № 2.

44. H.Kleine, E.Ritzerfeld and H.Gronig; Shock wave diffraction- new aspects of an old problem, Proc. of the 19-th Int. Symp. on Shock waves., Marseille, France, 26-30 July 1993,p 117-122.

45. Hillier R.; Numerical modelling of shock wave diffraction.-Proc. Of the 19-th Int.Symp.on shock waves, Marseille, France, 26-30 July 1993, p. 17-26.

46. Гвоздева Л.Г. Дифракция детонационных волн, в кн.: Физическая газодинамика, теплообмен и термодинамика газов высоких температур, М.: Изд-во АН СССР, 1962, стр. 131-139

47. Takayama, К., Inoue, О. Shock wave diffraction over a 90 degree sharp corner. Posters presented at the 18th ISSW.// Shock Waves. 1991. 1. p.301- 312.

48. Jones D., Martin P., Thornhill C.; A note of the pseudostationary flow behind a strong shock diffracted or reflected at a corner.// Proc.Roy.Soc. London. A. 1951. 209. N 1097. pp. 238-240.

49. Glass I.I.; Research frontiers at hypervelocities.- "CASI", 1967,13, N8, 347.

50. Bleakney W., White D.R., Griffith N.C.J.; Measurement of difraction of shock waves and resultant loading of structures.- "J.Appl.Mech.", 1950,17, N4.

51. Oshima K., Sugaya K., Yamamoto M., Totoku Т.; Diffraction of a plan shock wave around a coner. Rept. Inst. Space and aeronaut. Sci. Univ. Tokyo, 1965, N 393.

52. Griffith W., Brikle D.E.; The difraction of strong shock waves.- "Phys. Rev.", 1953, 89, N2,451-453.

53. Whitham G.B.; A new approach to problems of shock dynamics., pt II., Three-dimensional problems "J. Fluid Mech.", 1959,5,369.

54. Whitham G.B.; Linear and nonlinear waves., London, J.Wiley and sons, 1974.

55. Chester W.; Diffraction and reflection of shock waves.- "Quart. J. Mech. And Appl. Math", 1954, 7, ptl, 57. Перевод: "Механика", 1956, №3, 17.

56. Chisnel R.F.; The motion of a shock wave in a channel with applications to cylindrical and spherical shock waves "J. Fluid Mech.", 1957,2,286.

57. Whitham G.B.; A new approach to problems of shock dynamics., pt I., Two-dimensional problems "J. Fluid Mech.", 1957,2,146.

58. Higashino F., Ashima N. Real effects on converging shock waves.- "Astr. Acta", 1970, 15, N5/6,523.

59. Bazhenova T.V., Gvozdeva L.G., Zhilin Yu.V,; Change in the shape of a diffracting shock wave at a convex corner.- Acta astron., 1979, vol.6, p.401-412.

60. Уизем Дж. Линейные и нелинейные волны, Мир, 1972, 622с.

61. Т.В. Баженова, Л.Г. Гвоздева, Ю.П. Лагутов, В.Н. Ляхов, Ю.М. Фаресов, В.П. Фокеев Нестационарные взаимодействия ударных и детонационных волн в газах, ред. В.П.Коробейников, Наука, Москва, 1986,207с.

62. Whithem G.B.; A new approach to problems of shock dynamics.- "J. Fluid Mech.", 1957,2,pt.2.

63. Schulz S.; Eine theoretiche and experimental^ Untersuchung zur Beugung von Stosswellen.- "Z.FIugwiss", 1972,20, N5, 179.

64. Dumitresku L.Z., Preda A.; Some new results concerning the diffraction of a shock wave around a convex comer. In: Modern Developments in shock wave studies. Tokyo, 1975, pp.369-377.

65. Matsuo K, Aoki T, Kashimura H. Diffraction of a shock wave around a convex corner. //In: Kim Y.M. (ed.) Proc. 17th Int. Symp. on Shock Waves and Shock Tubes. AIP. 1990. p. 252-257.

66. R. Hillier, J.M.R. Graham; Numerical prediction of shock wave diffraction., 1986, Proc.l5-th Symp. Shock tubes and waves, p.391-397.

67. R. Hillier, Numerical prediction of shock wave diffraction., Proc. 15-th Symp. Shock tubes and waves, p.677-683

68. J. Brossard, C. Desrosier, H. Purnomo, J. Renard; Pressure loads on a plane surface submitted to an explosion, Proc. of the 19-th Int. Symp. on Shock waves., Marseille, France, 26-30 July 1993,p.387-392.

69. Neumann J. von. Collected works. Oxford: Pergamon press, 1963. V.6. p.238-299.

70. M.C. Иванов, Г.П. Клеменков, A.H. Кудрявцев, B.M. Фомин, A.M. Харитонов; Экспериментальное исследование перехода к маховскому отражению стационарных ударных волн., Доклады Академии наук, 1997, том 357, №5, с.623-627.

71. Gvozdeva L.G., Bazhenova T.V., Lagutov Yu.P., Fokeev V.P.; Interaction of shock waves with cylindrical surfaces.-Arch.Mech., 1980, vol.32, N5, p.693-702.

72. Лагугов Ю.П.; О форме ударной волны, дифрагирующей на закругленном угле.- Изв.АН СССР, МЖГ, 1983, №3, с. 169-173.

73. Carafano G.C., 1984, Benet Weapons Lab., Tech.Rep. ARLCB-TR-84029

74. Phan K.C., Stollery J.L.; 1984, Shock and blast wave Phenomena., Cranfield, England.

75. Schmidt E.; 1985, Private communication to appear as a ballistics research laboratory report, USA.

76. Bazhenova T.V., Gvozdeva L.G., Nettleton M.A.; 1984, Prog. Aerospace Sci., Vol.21, p.249.

77. Abe, A.,Takayama, K. Shock wave discharged from the open end of a shock tube. //Proc.Nat. Symp. on Shock Wave Phenomena. 1989. Japan. Sendai. p.41-47.

78. Phan, K., Stollery, J. The effect of suppressors and muzzle brakes on shock wave strength.// In: Proc. 14th Int. Symp. on Shock Tubes and Shock Waves. Sydney. 1983.p.519-526.

79. Пискарева M.B., Шугаев Ф.В., Частный случай распределния плотности за нестационарной ударной волной.; Известия Академии Наук, МЖГ, 1979, №6, с.163-167.

80. Ishii R, Fudjimoto Н., Hatta N., Umeda Y. Experimental and numerical analysis of circular pulse jets. // J. Fluid Mech., 1999, v. 392, pp. 129-153.

81. Raman G. Advances in underexpanding supersonic jet screech. // ALAA Paper 980279, 1998.

82. Umeda I., Maeda H., Ishii R. Discrete tones generated by the impigement of a high-speed jet on a circular cylinder. //Phys. Fluids, 1987, v. 30, pp. 2380-2388.)

83. Matsuda Т., Umeda I., Ishii R.,Yasuda A., Sawada K. Numerical and experimental studies on choked underexpanded jets. // ALAA Paper 87-1378, 1987.

84. Powell A., Umeda I., Ishii R. Observation of the oscillation modes of circular choked jets.//J. Acoust. Soc. Am., 1992, v. 92, pp.2823-2836.

85. Umeda I., Ishii R. Oscillation modes of underexpanded jets issuing from square and equilateral triangular nozzles. // J. Acoust. Soc. Am., 1993, v. 95, pp.1853-1857.

86. Panda J. Shock oscillation in underexpanded screeching jets.// J. Fluid Mech., 1998, v. 363, pp. 173-198.

87. Elder P.K., N. de Haas. Experimental study of the formation of a vortex ring at the open end of a cylindrical shock tube //J. Appl. Phys,-1952.-V.23.-N 10.-P. 1065

88. Glass I.,Patterson G.N. A theoretical and experimental study of shock tube flows // J.Aero.Sci.-1953.-V,22. N 2.-P.73-100.

89. Дулов В.Г.,Райзберг Б.А. Начальная стадия образования струи // Изв.вузов, Авиационная техника.-1961 .-№ 4.-С.30-33.

90. Phan К.С.; On the performance of blast deflectors and impulse attenuators. In: Takayama K. (ed.), Shock waves., Proc. 18-th Int. Symp. on Shock Waves., Sendai, Japan, 1991, pp.927-932.

91. Thomson P.A., Carofano G.C., Kim Y.G. Shock waves and phase changes in large-heat-capasity fluid emerging from a tube //J.Fluid.Mech.-1986.- V.166.-P.57-92.

92. Baird J. Supersonic vortex rings // Proc.Soc.Lond.-1987.-A 409.-P.59-65.

93. Abe A., Takayama K. Spherical shook wave from open end of a shock tube // Proc. of National Symp. on shock wave phenomena, Japan- -1988.-P.41-56.

94. Abe A., Watanabe M., Suzuki K., Three dimensional flow structure behind a shock wave discharged from a rectangular cross-section shock tube, Proc. of 18th ISSW, 1991, V. l,p. 209-212.

95. Honma H., Yoshimura Т., Kaneta Т., Morioka T. and Moeno K.Three-dimensional CT Images of Shock Waves and Vortices Discharged from Open Ends, Proc. of 23th ISSW, 2001.

96. Onodera O., Jiang Z., Takayama K. Holographic interferometric observation of shock waves discharged from an open end of square cross-sectional shock tube. JSME Intl. J., 1998,41:408-415.

97. M. Broullette, J. Tardif and E. Gauthier; Experimental study of shock-generated vortex rings, Proc. of the 19-th Int. Symp. on Shock waves., Marseille, France, 26-30 July 1993, p.361-366.

98. C.Hebert, M.Brouillette; Compressibility effects on the propagation and interaction Of shock-generated vortices.; Proc. Of the 20-th International Symposium on Shock Waves, 1995, v.l, pp.507-512.

99. M. Sun, K. Takayama; The formation of a secondary shock wave behind a shock wave diffracting at a vortex corner.; Shock waves, v7, N5, October 1997, pp.287-29

100. B.B. Голуб, И.М. Набоко, А.А. Куликовский. Исследование трехмерной волновой структуры нестационарного истечения газа из плоского звукового сопла. -ЖПМТФ, 1976, № i} с. 41 .453.

101. Teshima. Three dimensional structure of supersonic free jets issuing from orifices with various shapes. //In: Proc. of the 1989 National Symposium on Shock Wave Phenomena, Tohoku University, Japan, 1989, p. 135 - 1434.

102. A.B. Омельченко, B.H. Усков. Оптимальные ударно-волновые системы. Изв. РАН МЖГ, 1995, №6, с. 118- 1265.

103. В.Н. Малоземов, А.В. Омельченко, В.Н. Усков. О минимизации потерь полного давления при торможении сверхзвукового потока. Прикладная математика и механика, 1998, т. 62, вып. 6, с. 1014 10206.

104. Гинзбург И.П., Соколов Е.И., Усков В.Н. Типы волновой структуры при взаимодействии недорасширенной струи с безграничной плоской преградой, ЖПМТФ, 1976, № 1, стр. 45-52.

105. Iwamoto J. The impingement of a shocked jet on a flat plate, Proc. of 5th Int. Symp. on Flow Visualisation, 1989, p. 422-427.

106. Iwamoto J., Deckker B. Development of flow field when a symmetrical underexpanded sonic jet impinges on a flat plate, J. Fluid Mech., 1981, v. 113, p. 299-313

107. Панов Б.Ю., Старшинов А.И., Угрюмов E.A. Экспериментальное исследование воздействия нестационарной струи на плоскую преграду// Газодинамика и теплообмен. Л.: Изд-во ЛГУ,1970. Вып. 1. С . 108 -115.

108. Серова В.Д. О взаимодействии начальной стадии струи с плоской преградой // Газодинамика и теплообмен. Л.: Изд-во ЛГУ, 1981. Вып. 6. С. 121 -130.

109. Minota Т., Nishida М., Lee М. G. Shock formation by compressible vortex ring impinging on a wall // Fluid Dynamics Research. 1997. № 21. P. 139 157.

110. Шмидт E.M. (Schmidt E.M.), Шиер Д.Д. (Shear D.D.); Оптические исследования дульного выхлопа. (Optical measurement of muzzle blast.), Ракетная техника и космонавтика., 1975, т. 13, №8, с.151-158.

111. Эрдос Ж.И., Гуидис П.Д. Расчёт околодульного волнового течения // РТК. -1975. Т.13. N8.-С. 103-113.

112. Тейлор Т.А., Линь Т.К. Численный метод расчёта течения со взрывной волной, инициируемого в стволе орудия // РТК. -1981. Т. 19. N4, -С.88-92.

113. K.C.Phan; An experimental study of an intelligent muzzle brake., Proc. of the 19-the Int. Symp. on Shockwaves., Marseille, France, 26-30 July 1993,p.373-378.

114. N.Sekine, I.Kudo, O.Onodera, K.Takayama; Effects of shock waves on silencer characteristics in the exhaust gas flow of automobile engines., Proc. of the 19-th Int. Symp. on Shock waves., Marseille, France, 26-30 July 1993, p.359-366.

115. K.Sekine, O.Onodera, K.Takayama; Characteristics of shock waves in exhaust systems and exhaust gas flows of automobile engines., Proc. of the 20-th IntSymp. on Shock waves., Pasadena, California, USA, July 1995, p.1521-1526.

116. T.Aoki, K.Matsuo, H.Hidaka, Y.Noguchi, S.Marihara; Attenuation and distorsion of propagating compression waves in a high-speed railway model and real tunnel., Proc. of the 19-th Int. Symp. on Shock waves., Marseille, France, 26-30 July 1993,p.347-352.

117. A.Sasoh, O.Onodera, K.Takayama, R.Kaneko, Y.Matsui; Experimental investigation of tunnel sonic-boom suppression., Proc. of the 20-th Int.Symp. on Shock waves., Pasadena, California, USA, July 1995, p.1481-1486.

118. T.Saito, T.Kitamura, K.Takayama, N.Fujii, H.Taniguchi; Numerical simulations of blast wave propagation induced by eruptions of volcanoes., Proc. of the 19-th Int. Symp. on Shock waves., Marseille, France, 26-30 July 1993,p.385-390.

119. Yu Q.,Gronig H. Shock waves from an open-ended shock tube with different shapes.// Shock Waves, 1996, N 6, P. 249-258.

120. Smedley G.T., Phares D.G., Flagan R.C. Enteaintment of fine particls from surfaces impinging shock waves. // Experiments in fluids, 1999. V. 26, N 1/2 P. 116-125.

121. Васильев JI.A. Теневые методы. -M-: Наука, 1968,-400 с

122. Васильев Л.А.,Ершов И.В. Интерферометр с дифракционной решеткой. -М.: Машиностроение, 1976, -232 с.

123. Голографическая интерферометрия./ Ю.И. Островский, М.М. Бутусов, Г.В. Островская -М.:Наука,1977.-336 с.

124. Комиссарук В.А., Менде Н.П. Опыт применения дифракционного и поляризационного интерферометров в баллистическом эксперименте // Оптические методы исследования в баллистическом эксперименте.-Л.: Наука, 1979. С. 91 -ИЗ.

125. Two-direction visualization of vortex rings emerging in the course of formation of supersonic jet V.V. Golub, A.I. Kharitonov, Yu. L. Sharov et all // Proc. 5th Int. Symp. on flow visualisation, Prague, ChechosIovakia.l989.P.556-561.

126. Работа высокоскоростной кинокамеры BCK-5 совместно с теневым прибором ИАБ-451/Ю.Л. Шаров, В.В. Голуб, А.Е. Ким и др. Ill ПТЭ.1986. N 5.С. 212214.

127. Применение дифракционного интерферометра в баллистическом эксперименте / Комиссарук В.А., Мартынов В.П., Менде Н.П. // ПТЭ.1979. N I.-C.207-209.

128. Aeroballistic gas flow investigating using holografic device to Schlieren system / Belozerov A.F., Berezkin A.N., Razumovskaya A.I. et al // Proc. 10th Congr. of High speed photogr., Nice, France.-1974.-P.401-402.

129. Пирс У.Д.; Расчет распределения по радиусу фотонных излучателей в симметричных источниках. //Исследование высокотемпературной плазмы.- М., ИЛ, 1962, с.221-229.

130. Лосев С.А.; О свертке информации, получаемых в экспериментах на ударных трубах.- Научные труды. Институт Механики МГУ, М., Изд-во МГУ, 1973, №21, с.3-21

131. Островская Г.В.; К вопросу о расчете радиальных распределений параметров осесимметричной плазмы методом Пирса.- ЖТФ, 1976, т.46, №12, с.2529-2534.

132. Лаврентьев М.А., Шабат Б.В. Проблемы гидромеханики и их математические модели. М.; Наука, 1973,412 с.

133. М. Sun, К. Takayama. A note of numerical simulation of vortical structures in shock diffraction // Shock Waves. 2003. V. 13. P25-32

134. С. К. Годунов, А. В. Забродин, M. Я. Иванов, A. H. Крайко, Г. П. Прокопов. Численное решение многомерных задач газовой динамики. М., «Наука», 1976,400 с.

135. J.L. Steger, R.F. Warming. Flux vector splitting of the inviscid gasdynamic equations with applications to finite-difference methods. Journal of Computational Physics. 1981, Vol. 40, pp. 263-293.

136. B. van Leer. Towards the ultimate conservation difference scheme. V: A second-order sequel to Godunov's method. Journal of Computational Physics. 1979, Vol. 32, pp. 101136.

137. C.P. Чакравати, К.-Й. Жем. Расчет трехмерных сверхзвуковых течений с дозвуковыми зонами на основе уравнений Эйлера. АКТ, 1987, № 11, с 22-35.

138. Р.В. Маккормак. Численный метод решения уравнений вязких сжимаемых течений. АКТ, Т. 1, № 4,1983, с. 114-123.

139. A. Harten. High resolution schemes for hyperbolic conservation laws. Journal of Computational Physics. 1983, Vol. 49, pp. 357-393.

140. Теория турбулентных струй./ Г.Н. Абрамович, Т.А. Гиршович, С.Ю. Крашенинников и др.-М.:Наука, 1984,716 с

141. Ван-Дэйк Н. Альбом течений жидкости и газа.-М.:Мир, 1986,-180 с.

142. Yule A.I. Large-scale structure in the mixing layer of round jet // J.Fluid Mech.-1978.-V.89.-N3.-P.413-432.

143. Лонг М.Б., Чу Б.Т. Механизм смешения и структура осесимметричного турбулентного слоя смешения // РТиК.-1981.-Т.19.-№ 10.-С.61-69.

144. Заман К.Б.М.К. 146. Хуссейн А.К.М.Ф. Механизм парного слияния вихрей в осесимметричном слое смешения // Турбулентные сдвиговые течения.-1983.-С.349-370.

145. Ковалев Б.Д., Мышенков В.И. Расчет вязкой сверхзвуковой струи, истекающей в затопленное пространство// Учен.записки ЦАГИ.-1978.-Т.9.-М 2.-С.9-18.

146. Течение в сверхзвукозой недорасширенной струе /B.C. Авдуевский, А-В. Иванов,И.М. Карпман и др.// Изв. АН СССР, МЖГ.-1970.-Ы 3. -С.63-69.

147. Влияние вязкости на течение в начальном участке сильно недорасширенной струи /B.C. Авдуевский,А.В. Иванов,И.М. Карпман и др.// Изв. АН СССР. МЖГ.-1971 .-Т. 197.-N I.-C.46-49.

148. Структура турбулентных недорасширенных струй, вытекающих в затопленное пространство и спутный поток / B.C. Авдуевский,А.В. Иванов,И.М. Карпман и др.//Изв. АН СССР, МЖГ.-1972.-№ 3.-C.I6-29.

149. Gardner C.I., Glimm J., McBryan О. The dynamics of bubble growth for Rayleigh-Taylor unstable interfaces // Phys.FIuids.-1988.-V. 31 .-N 3.-P.447-465

150. Кочин H.E., Кибель И.А., Розе H.B. Теоретическая гидромеханика.-М.; ОГИЗ, 1948,-612 с

151. Коробейников В.П., Мельникова Н.С, Рязанов И.В. Теория точечного взрыва,-М.:Физматтиз,1961.-337 с.

152. Высокотемпературные струи низкой плотности за звуковым соплом /Кузнецов Л.И., Ребров А.И., Ярыгин В.Н.// ПМТФ.-1975.-№ 3.-С.82-87.

153. Влияние разреженности и температурного фактора на структуру и параметры сверхзвуковых недорасширенных струй одноатомного газа / Иванов В.А., Лукьянов Г.А., Шаталов И.В.// ПМТФ.-1987.-№ 6.-С.62-67.

154. Исследование закономерностей развития течения в системе вязких недорасширенных сверхзвуковых струй /B.C. Авдуевский, А.В. Иванов, И.М. Карпман и др. //Докл. АН СССР.-1974.-Т.21 б.-№ 5.-С.1004-1007.

155. Экспериментальное исследование течения в пространственной вязкой недорасширенной струе /B.C. Авдуевский, А.В. Иванов, И.М. Карпман и др.// Изв. АН СССР, M5Kr.-I974.-N 5.-С.21-26.

156. Гинзбург И.П., Приходько В.А., Сизов A.M. Исследование составных струй // Учен.записки ЛГУ.-1970.-№ 357.-Ч.2.-С.55-67. 160.

157. Сизов A.M. Составные газовые струи // Сверхзвуковые газовые струи -Новосибирск: Наука, 1983. -С. 85-102.

158. Soga Т. Takanishi M.,Yasuhara М. Experimental study of inter-action of underexpanded free jets // Proc. 14th Int. Symp. on rarefied gas dynamics, Tokyo, Japan: Univ. Tokyo Press, 1984. P. 485-492

159. Иванов M.H., Назаров В.П, Численное решение задачи о "боковом" взаимодействии нерасчетных сверхзвуковых струй идеального газа с плоскостью и друг с другом //ЯВМиМФ. -1974. Т.14. - № 1. - С. 179 - 187

160. Rudman S. Multinozzle plume flow fields structure and numerical calculation // ATAA Paper.- 1977.-N77-710.-P. 1-12.

161. Гинзбург И.П., Угрюмов E.A. Воздействие на преграду двух- и четырехсопловой нестационарной газовой струи // Учен.записки ЛГУ, сер, матем.-I973.-N 369.-В.49.-С.81-85.

162. Покровский Г. И. Взрыв. М.: Недра, 1980. 190 с.

163. Hillier R. Numerical Modelling of Shock Wave Difraction. // Shock Waves. 1995. 4: P. 17-26

164. Лойцянский Л. Г. Механика жидкости и газа, М: «Гостехиздат», 1970.

165. Oppenheim А. К, Maxon J. A. Thermodynamics of combustion in an enclosure, dynamics heterogeneous combustion and reacting system.// Progress in Astronautics and Aeronautics, AIAA, 1991, pp. 251-261

166. Kuhl A. L., Reichenbach H., Neuwald P., Ferguson R.E., Oppenheim A.K. Fluid mechanics of a planer exothermic jet. // AIAA Paper, 1997, 87-1328

167. Шишков A.A., Силин Б.М. Высотные испытания реактивных двигателей. М.: Машиностроение. 1985

168. Gutmark E.J., Schadow К.С., Yu К.Н., "Mixing enhancement in supersonic free shear flows", Annual Review of Fluid Mechanics, Vol. 7,1995, pp. 375—417.

169. Borisov Y.Y., GybkinaN.M. // Sov. Phys. Acoust. 1975,21(3): pp.230-233

170. Chandrasekhar S. Hydrodynamic and hydromagnetic stability. London: Oxford Univ. Press. 1961. 653p.1. Благодарности

171. Данная работа выполнялась в отделе физической газодинамики Института теплофизики экстремальных состояний РАН. Сотрудники отдела проявляли неоценимое внимание и оказывали огромную помощь в работе.

172. Прежде всего, автор выражает благодарность профессору Татьяне Валериановне Баженовой, которая убедила автора в необходимости написания данной работы и затем постоянно оказывала совершенно неоценимую помощь на всех этапах написания диссертации.

173. Неоценимую поддержку в проведении данных исследований оказывали в разное время Александр Сергеевич Шульмейстер, Сергей Борисович Щербак, Сергей Владимирович Базаров, Владимир Николаевич Ляхов, Андрей Леонидович Котельников, Александр Сергеевич Чижиков.

174. Многочисленные проблемы с техническим обеспечением эксперимента не могли бы быть решены без помощи Анатолия Францевича Парфиновича.

175. Автор благодарит студентов МФТИ Сергея Новикова, Александра Макеича, Максима Брагина за помощь в проведении работы, а аспиранта Владислава Володина также за большую помощь в оформлении диссертации.

176. Автор считает своим приятным долгом поблагодарить всех участников конференций, семинаров, школ, на которых проходило представление материалов данной работы, за внимание и многочисленные полезные замечания.

177. Наконец, данная работа не могла бы состояться без моральной поддержки и заботы со стороны жены Ольги и дочерей Насти и Ани, которым автор благодарен больше всего и которым, как он надеется, когда-нибудь сможет уделять больше внимания.

178. Проведение исследований было частично поддержано грантами Министерства промышленности, науки и технологий РФ, РФФИ, ШТАБ и СМЖ