Результаты верификации численного метода расчета гидродинамических и гидроакустических характеристик плавникового движителя

На основе численных методов динамики вязкой жидкости определены гидродинамические и гидроакустические характеристики машущего крыла как основного конструктивного элемента плавникового движителя. Для верификации расчетной модели и последующего анализа плавниковых движителей более сложных конструктивных схем проведено сопоставление численных результатов с соответствующими аналитическими решениями и экспериментальными данными. Гидродинамические характеристики определялись на основе численного решения уравнений Навье—Стокса, осредненных по Рейнольдсу, замкнутых k-ε Realizable моделью турбулентности. Для обеспечения вращения крыла в потоке использовался реализованный во многих расчетных комплексах механики жидкости и газа механизм «скользящих вычислительных сеток». Описан гибридный подход к построению математических моделей для определения шума плавникового движителя в дальнем поле с использованием уравнения Фокс Вильямса—Хоукингса. Верификация данного метода осуществлена на основе сопоставления вычислительных результатов с экспериментальными значениями уровней звукового давления при обтекании цилиндра потоком вязкого газа. Проведено сопоставление расчетных значений амплитуд пульсаций давления в дальнем поле при колебаниях крыла с аналитическими оценками, полученными в рамках модели воздействия на жидкость сосредоточенной пульсирующей силы как излучателя первого порядка. Предложенные вычислительные подходы могут применяться при проектировании перспективных пропульсивных систем, в основе которых используется машущее крыло.

1. Слижевский Н. Б. Гидробионика в судостроении. Николаев: Изд-во УГМТУ, 2002. 112 с.

2. Козлов Л. Ф. Теоретическая био-гидродинамика. Киев: Вища школа, 1983. 240 с.

3. Козлов Л. Ф. Очерки по гидробионике. Киев: Наукова думка, 1985. 110 с.

4. Robotic Visions to 2020 and beyond - The Strategic Research Agenda for robotics in Europe, 07/2009. http://www.roboticsplatform.eu (дата обращения: 27.12.2014).

5. Ffowcs Williams J. E., Hawkings D. L. Sound Generated by Turbulence and Surfaces in Arbitrary Motion // Philosophical Transactions of the Royal Society, Ser: A264. 1969. P. 321—342.

6. Яковенко В. В. О распределении давления по поверхности профиля, гармонически колеблющегося в поступательном потоке // Труды Ленинградского политехнического института. 1953. № 5. С. 23—29.

7. Фын Я. Ц. Введение в теорию аэроупругости. М.: Физматлит, 1959. 524 с.

8. Бисплингхофф Р. Л., Эшли Х., Халфмэн Р.Л. Аэроупругость. М.: Изд-во иностранной литературы, 1958. 799 с.

9. Миниович И. Я., Перник А. Д., Петровский В. С. Гидродинамические источники шума. Л.: Судостроение, 1972. 317 с.

10. Петровский В. С. Гидродинамические проблемы турбулентного шума. Л.: Судостроение, 1966. 252 с.

11. Смольяков А. В. Шум турбулентных потоков. Л.: Изд-во ЦНИИ им. А.Н. Крылова, 2005. 312 с.

12. Ламб Г. Гидродинамика. М.-Л.: Гостехиздат, 1947. 928 с.

13. Карабасов С. А. Использование гибридного метода для моделирования шума от высокоскоростных лопастей вертолета // Математическое моделирование. 2006. Т. 18, № 2. С.3—23.

14. Lighthill M. J. On Sound Generated Aerodynamically, I: General Theory // Proceedings of the Royal Society, Ser: A221. 1952. P. 564—587.

15. Brentner K. S., Farassat F. An Analitical Comparision of the Acoustics Analogy and Kirchhoff Formulation for Moving Surfaces // AIAA Journal. 1998. Vol. 36, № 8. P. 1379—1386.

16. Curle N. The Influence of Solid Boundaries upon Aerodynamic Sound // Proceedings of the Royal Society, Ser: A231. 1955. P. 505—510.

17. Усанин М. В. Применение акустической аналогии для расчета звука в дальнем поле // Математическое моделирование систем и процессов. 2004. № 12. С. 101—109.

18. Голдстейн М. Е. Аэроакустика. М.: Машиностроение, 1981. 294 с.