Влияние микроструй на структуру и акустическое излучение сверхзвуковой недорасширенной струи тема автореферата и диссертации по механике, 01.02.05 ВАК РФ

На правахоукописи

Губанов Дмитрий Андреевич

ВЛИЯНИЕ МИКРОСТРУИ НА СТРУКТУРУ И АКУСТИЧЕСКОЕ ИЗЛУЧЕНИЕСВЕРХЗВУКОВОЙ НЕДОРАСШИРЕННОЙ СТРУИ

01.02.05- Механика жидкости, газа и плазмы

6 НОЯ 2014

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата физико-математических наук

Новосибирск - 2014

005554300

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном учреждении науки Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христианови-ча Сибирского отделения Российской академии наук

Научный руководитель:

Запрягаев Валерий Иванович - доктор технических наук, профессор.

Официальные оппоненты:

Сухинин Сергей Викторович - доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник ФГБУН Института гидродинамики им. М.А. Лаврентьева Сибирского отделения Российской академии наук,

Миронов Алексей Константинович - кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник ФГУП Центрального института авиационного моторостроения имени ГТ.И. Баранова

Ведущая организация:

Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского, г. Жуковский.

Защита состоится « 2014 г. часов на заседании диссер-

тационного совета Д 003.035.02 при Институте теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича Сибирского отделения Российской академии наук по адресу: 630090, Новосибирск 90, ул. Институтская 4/1.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН по адресу ул. Институтская, 4/1, Новосибирск, 630090, http://itam.nsc.ru/ru/thesis/.

Ваш отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим высылать по адресу: 630090, г. Новосибирск, Институтская 4/1, ИТГТМ СО РАН, ученому секретарю диссертационного совета.

Автореферат разослан

Ученый секретарь диссертационного совета д.т.н.

Засыпкин И.М.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Акустическое излучение высокоскоростной струи по своей природе связано с наличием в сдвиговых слоях струи многочисленных турбулентных вихрей различного масштаба, взаимодействующих со стационарной структурой струи, и генерирующих акустическое излучение в окружающее пространство. В настоящее время актуальность проблемы смешения и уменьшения уровня шума высокоскоростных струй вызвана современными требованиями к уменьшению шума двигателей самолетов, струйных, газотурбинных установок, топливных горелок, снижению заметности теплового следа реактивной струи самолетов, снижения интенсивности акустического воздействия, вызывающего снижение усталостной прочности различных конструкций, улучшению работы эжекторов и инжекторов путем усиления смешения струи с газом из окружающей её среды.

Существует необходимость поиска методов управления шумом струй. Одним из способов управления процессом смешения и акустического излучения струи является использование вихрегенератора. Основной эффект от применения вихрегенераторов связывают с образованием продольных вихрей, которые влияют на структуру течения в слое смешения струи. В диссертации рассмотрен один из актуальных способов снижения шума высокоскоростных струй — использования вихрегенератора в виде вдува воздушных микроструй, расположенных вблизи среза сопла. Данный способ управления шумом струи может служить альтернативой шевронам, сравнительно недавно нашедшим применение в авиации. Использование микроструй дает возможность управления работой вихрегенератора, например, включать микроструи только на режимах взлета/посадки самолета. При этом ожидается сохранение величины тяги сопла вследствие того, что микроструи непосредственно не препятствуют истечению газа из основного сопла при сверхзвуковом режиме истечения в отличие от та-бов, шевронов и дольчатых смесителей.

Физический механизм воздействия вихрегенераторов на акустическое излучение струи пока не установлен. До сих пор в научных работах не уделялось достаточного внимания изменению ударно-волновой структуры и структуры слоя смешения струи при воздействии вихрегенераторов, несмотря на её тесную связь с излучаемым акустическим полем. Имеются противоречия в объективных оценках эффекта от применения тех или иных способов управления шумом струй. Они вызваны, в частности, использованием только значений суммарной величины шума, зависящих от геометрических и газодинамических параметров струйной установки, измерительных приборов, которые в различных экспериментах отличаются. Данные о шуме струй обычно приводятся для одной конкретной точки наблюдения, что недостаточно для того, чтобы сделать обоснованные выводы о физических механизмах и эффекте, имеющих место при управлении акустическим излучением струи по различным методикам.

Цель работы заключается в исследовании физических механизмов и поиске способа управления акустическим излучением высокоскоростных струй.

При этом были поставлены и решены следующие задачи:

1. Проведение комплексного экспериментально-численного исследования влияния вдува воздушных микроструй на трехмерную стационарную структуру течения сверхзвуковой недорасширенной струи.

2. Экспериментальное определение влияния использования вдува воздушных микроструй или шевронов с различными газодинамическими/геометрическими параметрами на уровень и спектр акустического шума в дальнем поле сверхзвуковой недорасширенной струи.

3. Экспериментальное выявление особенности влияния двух типов вихре-генераторов (вдува шести воздушных микроструй и шести шевронов) на диаграмму направленности акустического шума сверхзвуковой недорасширенной струи.

Научная новизна работы состоит в том, что в ней:

1) впервые детально исследована стационарная структура сверхзвуковой недорасширенной струи с вдувом микроструй воздуха.

2) определены зависимости характеристик шума струи от интенсивности вдуваемых в неё воздушных микроструй.

3) изучено влияние шевронов и вдува микроструй воздуха на диаграмму направленности акустического излучения сверхзвуковой недорасширенной струи; установлена зависимость влияния вихрегенераторов от частоты и угла наблюдения; определены различия в воздействии шевронов и воздушных микроструй на характеристики акустического излучения струи.

Достоверность полученных результатов. Используемые в работе экспериментальные методики изучения структуры течения и акустического излучения высокоскоростной струи основаны на применении систем автоматизированного сбора данных, высокоточной измерительной и калибровочной аппаратуры, повторяемости экспериментальных данных, подходах и методиках, уже доказавших свою достоверность в предыдущих исследованиях аналогичных задач. Численный расчет были верифицирован по зондовым экспериментам. Результаты работы согласуются с предыдущими исследованиями этого направления. Данные, полученные в различных разделах диссертации, дополняют друг друга и дают целостную картину изучаемого явления. Важным свидетельством достоверности является представление результатов диссертации на тематических научных конференциях, а также публикация в рецензируемых научных журналах.

Научная и практическая значимость работы состоит в том, что получены сведения о влиянии вихрегенераторов на структуру и акустическое излучение сверхзвуковой недорасширенной струи. Результаты исследований расширяют представления о воздействии вдува микроструй на структуру сверхзвуковой струи, спектральный состав и диаграмму её акустического излучения, что в совокупности с данными параметрического исследования влияния различных вихрегенераторов на шум струи может представлять интерес для исследователей и организаций, разрабатывающих топливные горелки (применительно к сжиганию попутного газа при нефтедобыче), авиационные двигательные и эжекторные установки нового поколения.

На защиту выносятся:

- результаты расчетно-экспериментального исследования структуры и характеристик акустического излучения сверхзвуковых неизобарических струй;

- результаты экспериментального исследования влияния шевронов и вдува микроструй воздуха на характеристики акустического излучения сверхзвуковой недорасширенной струи.

Личный вклад автора в работу по теме диссертации заключается в участии в подготовке и проведении экспериментальных исследований, выполнении численного моделирования, разработке программного комплекса обработки экспериментальных данных, обработке и анализе полученных данных, подготовке публикаций по результатам исследований, участии в обсуждении полученных результатов.

Представление изложенных в диссертации и выносимых на защиту результатов согласовано с соавторами.

Апробация работы. Основные результаты диссертации представлялись на следующих конференциях: Всероссийской молодежной конференции "Устойчивость и турбулентность течений гомогенных и гетерогенных жидкостей (Новосибирск , 2010), International Conference Methods of Aerophysical Research (Novosibirsk, 2010), Открытой всероссийской научно-практической конференции «Вычислительный эксперимент в аэроакустике» (Светлогорск, 2010, 2012), Семинаре с международным участием "Струйные, отрывные и нестационарные течения" (Санкт-Петербург, 2010, Томск, 2012), Международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс" (Новосибирск, 2011), Открытой всероссийской конференция по аэроакустике (Звенигород, 2013), Всероссийском семинаре «Динамика многофазных сред» (Новосибирск, 2014), Всероссийской конференции молодых ученых "Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии" (Новосибирск, 2014).

Публикации. Результаты, представленные в диссертации, опубликованы в 14 работах, список которых приведен в конце автореферата. Из них 3 статьи выпущены в рецензируемых журналах.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы из 71 наименования. Работа изложена на 140 страницах машинописного текста и содержит 103 иллюстрации.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИИ

Во введении показана актуальность изучения и поиска способа управления акустическим излучением высокоскоростных струй, сформулирована цель работы, изложена структура диссертации.

В первой главе описана структура течения сверхзвуковой недорасширенной струи и теория аэродинамического шума высокоскоростных струй. Приведен обзор работ по изучению различных способов управления акустическим излучением высокоскоростных струй. Сформулирована постановка задачи.

Вторая глава посвящена описанию экспериментального оборудования, методик проведения эксперимента и численного расчета, обработки данных.

В п. 2.1 - 2.3 дано описание конвергентного сопла Витошинского с выходным радиусом Яд = 15 мм, насадков на сопло с тремя и шестью шевронами, микросоплового модуля с шестью микросоплами (рис. 1). Шевроны обоих насадков имели одинаковую форму. Они располагались по периметру выходного отверстия сопла с шагом 120° и 60° по азимуту и имели геометрическую форму в виде трапеции с высотой 10 мм, основаниями - 7 и 4,5 мм. Образующая внутренней поверхности шеврона является продолжением внутренней поверхности сопла на выходе. Микросопловая установка включает в себя шесть равноудаленных друг от друга конвергентных конических микросопел с диаметром выходного отверстия с!а=0,7 мм, через которые по нормали осуществляется выдув микроструй в основную струю. Расстояние от оси симметрии микросопел до ближайшей грани цилиндрического кольца составляет х/Я„ = 0,17. Срез микросопел расположен на расстоянии 1,2 все микросопла подключены к общему цилиндрическому каналу с входным штуцером для подачи воздуха и для измерения давления в форкамере микросопловой установки.

Рис. 1. Сопло с установленными вихрегенераторами: а - трехшевронный насадок, б - шестишевронный насадок, в - микросопловая установка

В п. 2.4 представлен струйный модуль гиперзвуковой аэродинамической трубы непрерывного действия Т-326 с азимутально-радиальным координатни-ком и с системой автоматизированного сбора данных. В п. 2.5 приведена информация о системе оптической визуализации потока. В п. 2.6 выполнено описание вертикальной струйной установки (ВСУ) с открытой рабочей камерой. В п. 2.7 изложена информация об оборудовании для измерения акустического поля и его калибровки. Пункт 2.8 содержит методику зондовых измерений радиальных профилей и полей давления Пито, визуализации потока невозмущенной струи и струи с вдувом шести микроструй. В п. 2.9 представлена методика стационарного численного моделирования, выполненного с использованием коммерческого программного пакета Fluent, течения на начальном участке сверх-

звуковой недорасширенной струи с числом Маха на срезе сопла М0 = 1 при режиме истечения Ырг=5, где - отношение давлений в форкамере и рабочей камере струйной установки, формируемой конвергентным соплом с профилем Витошинского и системой из шести микроструй Ма/ = 1, = 4 (индекс j относится к газодинамическим параметрам струи, истекающей из микросопла) в трехмерной постановке (сектор 30° с плоскостями симметрии). Система уравнений сохранения замыкалась уравнением состояния идеального газа и моделью турбулентности коо-88Т. Расчетная сетка содержала 7,6 млн. ячеек (схема приведена на рис. 2).

Рис. 2. Расчетная область (а) и увеличенная область (б) вблизи среза сопла.

Граничные условия обозначенны цветом

В п. 2.10 описана методика обработки данных акустических измерений, заключающаяся в вычислении суммарного уровня, спектра и величины среднеквадратичных пульсаций звукового давления в различных частотных диапазонах, определяемых по форме спектра шума струи.

В третьей главе выполнена верификация численного расчета по экспериментальным данным шлирен-визуализации и численной шлирен-визуализации в продольных сечениях струи (п. 3.1.1), радиальных профилей измеренного полного давления (п. 3.1.2), полей распределения измеренного полного давления (п. 3.1.2, рис. 3) в поперечных сечениях основной струи Ма = 1, = 5 с вдувом шести микроструй Ма7- = 1, = 4 вблизи среза.

гГУ«а

!ру/Ка Эксперимент

•а=2

" ' 15

Рис. 3. Распределения давления Пито, полученные в эксперименте (вверху) и расчете (внизу), в поперечных сечениях х/Яа=2; 3; 5,67 сверхзвуковой струи с вдувом шести микроструй

По результатам верификации сделан вывод о хорошем качественном соответствии между расчетом и экспериментом и возможности использования данных численного моделирования для изучения структуры сверхзвуковой недо-расширенной струи с вдувом шести микроструй.

В п. 3.2 показано, что вдув микроструй способствует генерации продольных крупномасштабных вихрей (рис. 4), придающих внешнему слою смешения струи "грибовидную" форму (см. рис. 3). При этом поток газа микроструи не проникает в поток основной струи. Продольные искусственно созданные вихри, образованные при взаимодействии микроструй с потоком основной струи, сначала растут, а затем затухают. Далее вниз по течению струи в силу отсутствия парных продольных вихрей происходит размытие внешней границы слоя смешения, что видно по разрушению грибовидной структуры течения.

В п. 3.3 выполнен анализ влияния вдува микроструй на толщину слоя смешения основной струи.

х/Яа

Рис. 4. Вихревые трубки (а), образованные при вдуве микроструй в поток основной струи, численная шлирен-визуализация в продольное сечении струи напротив микросопла (б) На сечениях 1-9 отображено распределение давления Пито.

Ф.град._8/Яа

<р,град.

и п

□ □

о □

и

о □

□

□

о а

О' □

□= □

о □

си

а|

□

а

251

_1_

I

_1_

хКа

о О О

1о 1 п -)

О Л 1 ш

а о ° А а

□ й С о

□ о ад Шр ° ШДр'а

о а; 1 ■мш □

□ □

аш о? а

1, а. 1 |

3 4 5

х/(* а

Рис. 5. Толщина слоя смешения невозмущенной струи Ма = 1, Нрг= 5 (а) и с вдувом шести микроструй (б)

Исходя из связи частоты излучаемого струей звука с толщиной слоя смешения, по изменению распределения толщины слоя смешения в зависимости от азимутального угла ф и значения продольной координаты х/Яа (рис. 5) сделан вывод о возможном изменении в спектральном составе акустического излучения

струи при воздействии вдува микроструй. Это означает, что следует ожидать увеличения высокочастотной доли шума струи и снижения низкочастотной за счет уменьшения толщины слоя смешения в области вниз по течению от места вдува микроструи; это подтверждается данными акустических измерений в четвертой главе.

В п. 3.4 детально изучена сложная ударно-волновая структура сверхзвуковой недорасширенной струи при её взаимодействии с вдуваемыми микроструями на основе анализа полей градиента плотности (численная шлирен-визуализация) и полей распределения давления Пито в последовательности поперечных сечений струи (рис. 6).

скачок уплотнения, образующийся — поджатии струи

x/R„=3

-2 -1.5 -1 -0.5 0 0.5 1 1.5 2

Рис. 6. Численная шлирен-визуализация х/К0=1; 2; 3; 3,33 сверхзвуковой недорасширенной струи с вдувом шести микроструй

Показано, что указанная структура характеризуется дополнительным наличием системы переотражающихся скачков уплотнения и волн разрежения, распространяющихся вниз по потоку от места взаимодействия микроструй (головной скачок уплотнения, волны разрежения, замыкающий скачок уплотнения) с

<р= 75° <р=30°

разрежения z/Ra

j——i—i_i_А.

x/Ra=2

x/Ra

i-_L

замыкающий скачок уплотнения 15 =1 z/Ra j_I i , i l_ liil_' ' '

слой смешения 15

основной струей и взаимодействующих как между собой, так и самой ударно-волновой структурой основной струи. Кроме того выявлено, что вдув микроструй способствует сокращению длины газодинамических ячеек.

Установлено, что основное влияние вдува микроструй на структуру сверхзвуковой струи сосредоточено на первых газодинамических ячейках. Это говорит о том, что именно эти модификации будут определять основное изменение в акустическом излучении струи.

В четвертой главе представлены данные экспериментального исследования влияния вдува микроструй различной интенсивности и двух конфигураций шевронных насадков на акустическое излучение сверхзвуковой недорасширенной струи (п. 4.1, рис. 7) в одной точке в дальнем акустическом поле (угол наблюдения а = 30° , расстояние от микрофона г/Яа=80 до центра плоскости среза сопла основной струи). Варьирование интенсивности осуществлялось изменением давления в форкамере микросопловой установки. Изменение составляло от 1,2 до 9, что соответствует относительному расходу газа через микросопловую установку от 0,08% до 0,59% по отношению к расходу основной струи.

Ц дБу 120118116114112110108 106 104 102 100 98 96 94 92 90 88 86 84 82 0.0 Рис. 7.

41.4 62.1 82.8 103.5 —I—1—Г

- невозмущенная струя -НргГ2" МргГ9 6 шевронов

0.5 1.0 1.5 2.0 4 6 8 10

Воздействие вдува микроструй ("М^- = 2; 9) и установки 6 шевронов на шум сверхзвуковой струи

Экспериментально выявлено, что для сверхзвуковой недорасширенной струи Ма = 1, Ирг = 5 при наличии вихрегенераторов наблюдается значительное уменьшение уровня шума в низкочастотной области спектра для 5Ь<1,65 (число Струхаля рассчитывалось по параметрам потока на срезе сопла) и небольшое увеличение на высоких частотах.

Выполнен анализ величин значений среднеквадратичных пульсаций акустического давления в характерных частотных диапазонах (отмечены вертикальными линиями на рис. 7) в зависимости от типа и режима работы вихрегенера-торов (рис. 8).

Установлено, что вдув микроструй полностью подавляет дискретный тон при режимах Ы^, превышающих 1,5. При меньших расходах воздуха через микросопла дискретный тон только ослабляется за счет общего изменения низкочастотного шума. Влияние микроструй на дискретную составляющую спектра связывают с экранировкой струи крупными продольными вихрями и, как следствие, разрушением обратной акустической связи.

Обнаружено пропорциональное интенсивности микроструй снижение суммарного уровня акустического шума основной струи; при этом наибольший эффект достигает величины 3 дБ при режиме истечения микроструй Ма] = 1, N,,,.=9.

- 811=0... 1,65 (20 Гц-17 кГц)

- 511=1,65...3,67 (17-38 кГц)

- 511=3,67.. 6,77 (38-70 кГц)

- 511=6,77...9,66 (70-100 кГц)

1я гармоника дискретного тона 311=0,27...0,34 (2,8-3,5 кГц)

I

Мрп=2

невозмущенная N„,¡=1 струя к'

чрГ|=1,2 ^=1,5 Мрп=2 Мрп=4 МРП=® МРЧ=Э Зшевронаб шевронов

Рис. 8. Значение величины среднеквадратичных пульсаций акустического давления струи при различных режимах вдува микроструй и для определенных частотных диапазонов

Использование трех- и шестишевронных насадков для сверхзвуковой недо-расширенной струи существенно изменяет форму спектра акустического шума. Наблюдается снижение в области низких частот, подавление дискретного тона и усиление ударно-волнового шума в спектре при значениях 8Ь, близких к 1,5.

В п. 4.2 проведено экспериментальное исследование влияния двух типов вихрегенераторов (шесть шевронов и вдув шести микроструй Мау = 1, = 5) на диаграмму направленности акустического излучения сверхзвуковой недорасши-ренной струи в дальнем акустическом поле. Угол а изменялся в диапазоне от -10° до 65° с шагом в 5°, расстояние от датчиков пульсаций давления до центра плоскости среза сопла основной струи равнялось г/11а=70.

5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 -14 -12.5 -11 -9.5 -8 -6.5 -5 -3.5 -2 -0.5 0.5 1 1.5 2 2.5 3

а, град.

10 15 20 25 30 35 40 45 50 55

ше

-17 -15.5 -14 -12.5 -11 -9.5 -8 -6.5 -5 -3.5 -2 -0.5 1 2 3 4 5

Рис. 9. Карта зависимости разницы в амплитуде спектра шума струи (М0 = 1, 5) с вдувом шести микроструй и невозмущенной струи (а), при наличии шести шевронов и невозмущенной струи (б) от угла наблюдения

Для выявления особенностей воздействия вдува микроструй и установки шевронов построены карты (рис. 9), на которых изображены попарно разницы в величине уровня шума невозмущенной струи, струй с шевронами (о) или вдувом микроструй (б) для заданных значений частоты (число Струхаля) и угла наблюдения а. Также приведены данные среднеквадратичных значений шума струи в характерных частотных диапазонах в зависимости от угла наблюдения (рис. 10).

130 -129 -128 -127 -

труя с 6 труя с 6 микроструями N рГ)-4 шевронами

- 122 -

121 -

125124 -123 - /

/

122 - * 1 118 - //

Г/ _ —^

119 -118 -117 -116 -115 - 117 -

— 116 -115 - - —■— невозмущенна я с —•— струя С 6 микрост руя уями

114 1 - - - — -,- -1 ^114- - -1- —I—[—I—I—I—I—I—I— Ф-П

-10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65

а б

Рис. 10. Диаграмма направленности акустического излучения сверхзвуковой недорасширенной струи Ма= 1,1ЧР,.= 5 в частотном диапазоне: а)-Ъ Ь= 1,9-10"3...0,39 (20 Гц-4 кГц), б) - вЬ = 1,01...1.93 (10,5 -20 кГц), в) - БЬ = 1,93...9,44 (20 - 97,66 кГц), г) - БЬ = 1,9-10"3...9.44 (20 Гц - 97,66 кГц)

Для невозмущенной струи угол максимальной амплитуды излучения составляет 40°. В диапазоне чисел Струхаля 0,6 — 1,5 наблюдается максимум амплитуды, связанный с широкополосным ударно-волновым шумом. Зарегистрировано наличие локальных максимумов амплитуды основного тона дискретной составляющей, расположенных с шагом в 20°. Первый обертон дискретного тона при 8Ь = 0,6 регистрируется преимущественно в диапазоне углов от -5° до 30°.

Подтверждено полное подавление высокоамплитудного дискретного тона и его обертонов при использовании обоих типов вихрегенераторов.

Зафиксирован эффект снижения шума струи при использовании вихрегенераторов для малых чисел Струхаля. При этом значение границы частотного диапазона, в котором наблюдается снижение шума струи при воздействии вихрегенераторов, изменяется в зависимости от угла наблюдения и типа вихрегенераторов (при вдуве микроструй для 8Ь < 2, при использовании шевронов - для ЯЬ < 0,6 (для углов а от 10° до 40° этот эффект снижения шума наблюдается и при 8Ь < 1,6). Снижение шума в низкочастотной области при воздействии шевронов более сильное (5,5-8 дБ), чем при вдуве микроструй (3-5 дБ).

В спектре шума сверхзвуковой струи при наличии шевронного насадка (см. рис. 9, б) наблюдается максимум амплитуды шума при числах Струхаля 0,7-1,5 при углах от -10° до 55°. Этот максимум связывается с усилением ударно-волнового шума в результате применения вихрегенераторов. Данный максимум присутствует и в шуме струи с вдувом микроструй, но меньшей амплитуды (при вдуве микроструй увеличение шума достигало величины до 0,6 дБ, при шести шевронах - до 9 дБ по сравнению с шумом невозмущенной струи).

Использование вихрегенераторов приводит к некоторому повышению высокочастотного шума за исключением диапазона углов больше 55°, где шум струи с шевронами меньше, чем у невозмущенной струи. Величина высокочастотного возрастания уровня шума при применении шевронов больше, чем при вдуве микроструй.

Микроструи приводят к понижению суммарного (в диапазоне чисел Струхаля БЬ до 9,44) шума струи на 2-3,5 дБ равномерно во всем диапазоне углов. Наличие шевронов эффективно снижает шум на величину до 5,5 дБ только для углов наблюдения больше 45°, при меньших значениях углов суммарный шум изменяется незначительно.

В заключении сформулированы основные результаты и выводы работы.

Выполнено экспериментальное и численное исследование стационарной структуры сверхзвуковой недорасширенной струи (М0 = 1, = 5) при поперечном к оси струи вдуве шести микроструй воздуха (Мау = 1, Ыру = 4). Проведено параметрическое исследование влияния вдува микроструй различной интенсивности = 1,2-9) и сопел с тремя и шестью шевронами на излучение звука струи (Ма=1 Ырг=5) в дальнем акустическом поле, а также экспериментально исследовано влияние шести шевронов и вдува шести микроструй (Мау = 1, N^■=4) на диаграмму направленности акустического излучения струи (Ма= 1,

=5). Результаты проведенных исследований позволяют сделать следующие выводы:

1. Впервые детально изучена сложная ударно-волновая структура сверхзвуковой недорасширенной струи при её взаимодействии с вдуваемыми микроструями. Показано, что данная структура характеризуется дополнительным наличием системы переотражающихся скачков уплотнения и волн разрежения, распространяющихся вниз по потоку от места взаимодействия микроструй с основной струей и взаимодействующих как между собой, так и самой ударно-волновой структурой основной струи. В процессе взаимодействия возникают

парные продольные вихри, приводящие к образованию "грибовидных" структур, интенсивность которых ослабевает вниз по течению.

2. Показано, что по мере увеличения интенсивности вдуваемых микроструй происходит пропорциональное снижение уровня низкочастотного шума и соответствующий рост высокочастотного шума. Установлено минимальное значение интенсивности, соответствующее режиму истечения = 1,5, при котором происходит полное подавление дискретного тона в спектре пульсаций акустического давления. Применение шевронов существенно изменяет частотный спектр акустического шума, способствуя его снижению в области низких частот и значительному усилению ударно-волновой составляющей шума.

3. Обнаружен эффект снижения шума струи при использовании вихреге-нераторов при малых числах Струхаля. При этом значение границы частотного диапазона, в котором наблюдается снижение шума струи при воздействии вих-регенераторов, изменяется. Снижение шума в низкочастотной области спектра при воздействии шевронов составляет 5,5-8 дБ, тогда как при вдуве микроструй - 3-5 дБ. Использование вихрегенераторов приводит к повышению высокочастотного шума. Исключение составляют диапазон углов наблюдения а > 55°, где воздействие шевронов приводит к уменьшению шума струи. Высокочастотный рост уровня шума за счет использования шевронов превышает соответствующее значение при вдуве микроструй.

4. Вдув микроструй способствует понижению суммарного уровня шума струи на 2-3,5 дБ равномерно во всем диапазоне углов наблюдения а. Наличие шевронов эффективно снижает шум только для углов а > 45° и достигает 5,5 дБ; при меньших значениях углов а суммарный уровень шума изменяется незначительно.

Список публикаций по теме диссертации

В рецензируемых журналах:

1. Губанов Д.А., Киселев Н.П., Запрягаев В.И. Экспериментальное исследование влияния вихрегенераторов и подвода жидкости на шум высокоскоростных струй // Ученые записки ЦАГИ. — 2012. — T. XLIII, №4. — С. 57-68.

2. Запрягаев В.И. Губанов Д.А., Киселев Н.П. Структура течения сверхзвуковой недорасширенной струи с вдувом микроструй // Вестник НГУ. Серия: Физика.— 2013, —Т. 8, Вып. 1. —С. 44-55.

3. Киселев Н.П. Запрягаев В.И., Губанов Д.А. Влияние вихрегенераторов на диаграмму направленности акустического излучения сверхзвуковых струй // Ученые записки ЦАГИ. — 2014. — Т. 45, №2. — С. 107-117.

Материалы конференций:

1. Губанов Д.А., Киселев Н.П. Структура течения на начальном участке сверхзвуковой недорасширенной струи при наличии микроструй // Устойчивость и турбулентность течений гомогенных и гетерогенных жидкостей: Докл. Всероссийской молодежной конференции. — Новосибирск: Параллель, 2010. — Вып. XII. — С. 103-106.

2. Zapryagaev V.I., Kiselev N.P., Gubanov D.A. Flow structure at an initial section of supersonic underexpanded jet in the presence of microjet vortex generators // Internatia-

nal Conference on the Methods of Aerophysical Research Abstr. Pt. 1. — Novosibirsk, 2010, —P. 249-250.

3. Губанов Д.А., Киселев Н.П., Запрягаев В.И. Влияние впрыска жидкости на шум сверхзвуковой струи // Вычислительный эксперимент в аэроакустике: Третья открытая всероссийская научно-практическая конференция. Сборник тезисов — Светлогорск, 2010. — С. 47-49.

4. Киселев Н.П., Запрягаев В.И., Губанов Д.А. Структура сверхзвуковой недо-расширенной струи при наличии на границе единичной микроструи // XXII юбилейный семинар по струйным, отрывным и нестационарным течениям (с международным участием).Сборник трудов, — г Санкт-Петербург, 2010: Балт. гос. техн. ун-т; СПбГУ. — С. 255-257.

5. Губанов Д.А. Влияние вдува микроструй на акустическое излучение сверхзвуковой недорасширенной струи // материалы XLIX Международной научной студенческой конференции "Студент и научно-технический прогресс": Физика. — Новосибирск: Новосибирский государственный университет, 2011. — С. 28.

6. Запрягаев В.И., Губанов Д.А., Киселев Н.П. Экспериментальное исследование влияния вихрегенераторов на шум высокоскоростных струй // Сборник трудов XXIII семинара по струйным, отрывным и нестационарным течениям / Под ред. Г.В. Кузнецова и др. — Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. — С. 106-110.

7. Бойко В.М., Губанов Д.А., Запрягаев В.И., Киселев Н.П., Павлов A.A., Павлов Ал.А., Дрясов А.Д., Пивоваров A.A. Комплексное исследование начального участка сверхзвуковых слабонедорасширенных струй // XXIII семинар по струйным, отрывным и нестационарным течениям. Сборник трудов; Томский политехнический университет / Под ред. Г.В. Кузнецова и др. — Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2012. — С. 61-65.

8. Губанов Д.А., Киселев Н.П., Запрягаев В.И. Исследование влияния вихрегенераторов на диаграмму направленности акустического излучения сверхзвуковых струй //Четвертая всероссийская конференция «Вычислительный эксперимент в аэроакустике». Сборник тезисов — Светлогорск, 2012. — С. 62-65.

9. Киселев Н.П., Запрягаев В.И., Губанов Д.А. Влияние вихрегенераторов на перераспределение энергии акустического излучения сверхзвуковой струи // Тезисы докладов Третьей открытой всероссийской конференции по аэроакустике. — Москва, 2013 — С. 169-170.

10. Запрягаев В.И., Губанов Д.А., Киселев Н.П. Экспериментальное исследование влияния подвода жидкости на шум высокоскоростных струй // Материалы XIII Всероссийского семинара Динамика многофазных сред, 8-10 октября 2013 г. / Под ред. В.М. Фомина, A.B. Федорова. — Новосибирск: Параллель, 2013. — С. 58-59.

11. Губанов Д.А. Акустическое излучение сверхзвуковых струй // Проблемы механики: теория, эксперимент и новые технологии: Доклады X Всероссийской конференции молодых ученых / Под ред. В.В. Козлова. — Новосибирск: Параллель, 2014. —С. 71-74.

Ответственный за выпуск Губанов Д.А.

Подписано к печати 11.08.2014

Формат бумаги 60x84/16, Усл. печ. л. 1.0, Уч.-изд. л. 1.0, Заказ № 9 , Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии ООО «Параллель» 630090, Новосибирск-90, Институтская 4/1