КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер 23-41-00023

НазваниеИсследование аэродинамического шума и способов его снижения для крыла перспективного сверхзвукового гражданского самолета

РуководительКопьев Виктор Феликсович, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион Федеральное автономное учреждение "Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского", Московская обл

Период выполнения при поддержке РНФ

2023 г. - 2025 г.

Конкурс№74 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований международными научными коллективами» (NSFC).

Область знания, основной код классификатора 01 - Математика, информатика и науки о системах, 01-309 - Турбулентность и гидродинамическая устойчивость

Ключевые словаАэроакустика, сверхзвуковой гражданский самолет, шум обтекания, механизация крыла, снижение шума

Код ГРНТИ30.17.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Сверхзвуковой гражданский самолет (СГС) может стать альтернативным средством для быстрых авиаперелетов, особенно когда речь идет о межконтинентальных рейсах, поэтому его разработка привлекает большое внимание авиационной отрасли. Однако помимо удобства, которое СГС может принести нашему обществу, критическим вопросом становится его воздействие на окружающую среду, включающее в себя несколько проблем, таких как звуковой удар во время крейсерского полета и высокий уровень шума на местности на дозвуковом режиме во время взлета и посадки. Данный проект посвящен последней проблеме. Важность проблемы шума на местности проистекает из того факта, что будущий СГС, как ожидается, должен будет соответствовать действующим нормам по шуму для современных дозвуковых самолетов. Недавние достижения в исследовании снижения шума для сверхзвуковых самолетов позволяют сделать оптимистичный вывод о том, что шум двигателей СГС может быть снижен в достаточной степени, чтобы соответствовать этим нормам, что делает обязательным изучение других источников шума СГС, таких как шум планера. Механизированное крыло (HLD) СГС является важным источником шума планера, но, в отличие от случая дозвуковых самолетов, исследования этого источника шума для СГС крайне малочисленны. Как следствие, понимание шума HLD и других источники шума планера для СГС недостаточно, что затрудняет его моделирование и выработку подходов к снижению этого важного источника шума. Данный проект заполнит этот пробел путем изучения аэродинамического шума для крыла концепции СГС следующего поколения и разработки подходов для снижения этого шума. Прежде всего, будут тщательно исследованы механизмы генерации шума и эффект масштабирования с использованием как эксперимента, так и моделирования. В частности, в начале проекта будут проведены акустические испытания модели крыла СГС в аэроакустических трубах, в том числе маломасштабной АК-2 в ЦАГИ и крупномасштабной FL-17 в CARDC. Такие испытания ранее не выполнялись. Эксперименты будут проводиться для одной и той же геометрии модели крыла, но разных масштабов, и будут охватывать различные параметры, такие как скорость потока и углы атаки. Будут проведены как аэродинамические, так и акустические измерения, т.е. давление на поверхности, поле скорости, локализация и ранжирование источников шума и т. д. Одновременно будет выполнено аэроакустическое численное моделирование с использованием подхода LES/FW-H, при этом численное моделирование будет валидироваться данными экспериментов. Во-вторых, будет разработана полуэмпирическая модель для прогнозирования шума крыла СГС. Модель будет опираться на результаты теоретического исследования, с коэффициентами, подбираемых на основе данных эксперимента и моделирования. Наконец, будут экспериментально и численно исследованы методы снижения шума, такие как структурированные пористые задние кромки и законцовки боковых кромок, для уменьшения основных источников шума крыла СГС с применением оптимизационного подхода для максимизации эффектов снижения шума. Результаты и выводы этого проекта могут заложить прочную основу для снижения шума СГС и будут способствовать развитию самолетов нового поколения в Китае и России.

Ожидаемые результаты
Данный проект направлен на улучшение понимания и моделирования шума обтекания механизации крыла СГС и исследования способов его снижения. Будет разработана инновационная методика измерения шума механизации крыла в аэроакустической трубе, а также подход к численному моделированию с высоким разрешением. Это поможет исследовать влияние различных параметров на распространение шума и на распределение акустических источников. Кроме того, будет создана эффективная полуэмпирическая модель аэроакустического моделирования на основе данных маломасштабных и крупномасштабных испытаний, а также полуэмпирических уравнений. В качестве возможных методов снижения аэродинамического шума крыла СГС будут изучены подходы к снижению шума с использованием структурированных пористых задних кромок и законцовок боковых кромок закрылков для снижения основных источников шума крыла СГС с применением оптимизационного подхода для максимизации эффекта снижения шума. Такое исследование никогда ранее не проводилось и позволит впервые получить уникальные и чрезвычайно ценные данные о шуме планера СГС. Результаты и выводы этого проекта могут заложить прочную основу для разработки концепции снижения шума СГС и будут способствовать развитию самолетов нового поколения в Китае и России.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Аннотация результатов, полученных в 2023 году
1) На основе открытой модели C608 NASA была разработана 3D модель крыла СГС с отклоненной механизацией крыла для исследования шума обтекания для широкого диапазона углов отклонения закрылка: от 0 градусов (закрылок не отклонен) до 40 градусов. Модель была адаптирована к условиям испытаний АК-2 ЦАГИ. 2) Для полученной таким образом модели крыла СГС, адаптированной к условиям испытаний в заглушенной камере АК-2 ЦАГИ, было проведено численное моделирование с помощью метода RANS стационарного обтекания этой модели при скорости потока 40 м/с. Было получено поле течения вблизи поверхности крыла, а также суммарные аэродинамические силы, действующие на рассматриваемую маломасштабную модель крыла. Результирующие силы оказались в допустимом диапазоне для проведения испытаний модели в АК-2 ЦАГИ, а анализ поля течения вблизи кромок крыла / закрылков показал сложность структуры течения, что может указывать на наличие в этих областях нестационарных источников шума. 3) Проведено исследование шума турбулентного пограничного слоя (ТПС) над плоской границей. Изложена последовательная теория источников звука в ТПС, развивающемся над плоской гладкой границей при малых числах Маха. Основным источником звука и длинноволновой части пульсаций давления на обтекаемой границе являются приходящие сдвиговые (вязкие) волны, генерируемые лайтхилловскими квадруполями в пристенной области ТПС. Показано, что при увеличении числа Рейнольдса (уменьшении вязкости) роль вязкости в генерации звука не уменьшается, а увеличивается. Даны количественные оценки спектра удельной звуковой мощности, генерируемой ТПС, и показано хорошее совпадение с известными численными данными.

Публикации