ЧИСЕЛЬНІ СХЕМИ ДОСЛІДЖЕННЯ АЕРОДИНАМІЧНОГО ШУМУ РОТОРА ГЕЛІКОПТЕРА
##plugins.themes.bootstrap3.article.sidebar##
##plugins.themes.bootstrap3.article.main##
Анотація
В даній роботі розглянуто основні чисельні схеми моделювання шуму
ротора гелікоптера аеродинамічного походження. Зокрема, наведено кінцево-різницеві схеми
для стаціонарної, нестаціонарної 2-вимірної потенціальної течії, на основі якої будується
модель генерації звуку аеродинамічного походження лопаті ротора гелікоптера.Наведено
приклади розв’язання задачі для 3-вимірної потенціальної нестаціонарної течії. Для кожної з
перелічених задач пропонується власна кінцево-різницева схема. Ці схеми суттєво
відрізняються одна від одної. Отже єдиної кінцево-різницевої схеми для розв’язання задач
акустики ротора гелікоптера фактично не існувало до недавніх пір. Це ускладнювало
практичне застосування вказаних схем, оскільки під час розв’язання конкретної задачі
можлива реалізація різних типів течії, що потребує постійної зміни розрахункового шаблону.
Вирішення даної проблеми вдалось досягнути завдяки використанню чисельно-аналітичного
методу. Чисельно-аналітичний метод, розроблений автором даної роботи, показав
спроможність розв’язувати задачі аероакустики лопаті гелікоптера для різних типів течії, як
потенціальних так і не потенціальних. В роботі наводяться приклади розв’язання подібних
задач, виконано аналіз застосування чисельно-аналітичного методу, порівняння з існуючими
кінцево-різницевими схемами. Зокрема, представлені розрахункові шаблони застосування
методу для 2-вимірної стаціонарної течії, 3-вимірної нестаціонарної течії, пояснена
специфіка вибору кількості точок у розрахунковій молекулі. В залежності від особливості
конкретної задачі, кількість точок розрахункової сітки може варіюватись як уздовж розмаху,
так і поперек лопаті. Це дає змогу налаштовувати чисельно-аналітичний метод під кожну з
задач, що розв’язується. При цьому виконується стійкий розрахунок, а збіжність методу
щоразу виконується автоматично на підставі ідеї самого чисельно-аналітичного методу.
Розроблений автором метод дозволяє виконувати чисельний розрахунок шуму ротора
гелікоптера для різних режимів його роботи.
Мета статті. Метою даної роботи є аналіз існуючих чисельних схем розрахунку шуму аеродинамічного походження ротора гелікоптера.
Методи дослідження. Теоретичний аналіз існуючих чисельних схем.
Результати дослідження. Виявлено відсутність єдиного чисельного підходу до
розв’язання задач генерації шуму аеродинамічного походження ротора гелікоптера. У якості
розв’язання даної проблеми пропонується чисельно-аналітичний метод, розроблений автором
даної роботи.
Висновки. У даній роботі виконано дослідження методів чисельного розрахунку ближнього звукового поля
гелікоптера, котрі використовуються для різних фізичних моделей: потенціальна течія та не
потенціальна течія. Проведений аналіз показав, що єдиного методу, кінцево-різницевої схеми, для різних моделей
течії до сих пір не було: кожна з наведених чисельних схем розв’язувала лише певну задачу.
Показано, що чисельно-аналітичний метод здатен розв’язувати задачі генерації шуму
гелікоптера для різних типів течії, як потенціальної, так і не потенціальної. Ця особливість методу
дозволяє використовувати його для різних задач з моделювання шуму аеродинамічного походження.
##plugins.themes.bootstrap3.article.details##
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Посилання
Gutin , L.Ya. (1937). O zvukovom pole vraschauschehosya vinta. [About the sound field of a rotating
propeller]. Zhurnal Tehnicheskoi Fiziki . Journal Technical Phys.–№6(5).p.899-909. [In Russian].
Kármán, T. von. (1947). The similarity low of transonic flow. Journal of Math. and Physics–V.26,N 3–
-190.
Guderley,G. (1947). Considerations of the Structure of Mixed Subsonic and Supersonic Flow Patterns
.Wright Field Report, F-TR-2168-ND
Cole, J. D. ,Cook, L. P. (1986). Transonic Aerodynamics. North-Holland, Amsterdam. pp. 473.
Murman E.M., Cole,J.D. (1971). Calculation of Plane Steady Transonic Flows. AIAA Journal. V.9, N1–
pp.114-121.
Hirsch, Ch. (2007). Numerical computetion of Internal and External Flows.Volume1.Fundamentals of
Computational Fluid Dynamics.Second Edition, Elsevier–Burlington.USA.pp.675.
Murman, E.M. (1974). Analysis of Embeded Shock Waves Calculated by Relaxation Methods. AIAA
Journal.V.12,N.5,pp.626-633.
Caradonna, F.X. , Isom, M.P. (1972). Subsonic and Transonic Potential Flow over Helicopter Rotor
Blades.AIAA Journal.V.10,N.12,P.1606-1612.
Ballhaus, W.R., Goorjian, P.M. (1977). Implicit finite-Difference Computations of Unsteady Transonic
Flows about Airfoils Including the Effect of Irregular Shock Motions. AIAA Journal.V.15,N.12.pp.1728-
Ballhaus, W.F. (1976). Some Recent Progress in Transonic Flow Computations. VKL Lecture
Series:Computational Fluid Dynamics,von Karman Institute for Fluid Dynamics, Rhode-SAt-Genese,
Belgium.–March 15-19.
J. Yun, J., Seabass A.R., Balhaus, V.F. (1978). Implicit method for extracting jumps for calculation
unsteady transonic. RTK.Vol.16, No.7-pp.43-50.
Fang, K.-Y. ,Yu.,N. J. , and Seabass, R. (1978). Small Unsteady Perturbations in Transonic Flows. AIAA
Journal.V.16, N8–p.815-822.
Sobieczky, H. Yu., Yu N.J., Fung K.-Y., and Seebass A.R. (1979). New Method for Designing Shock-Free
Transonic Configurations. AIAA Journal.V.17, N.7, pp.722-729.
Fang, K.I.m Chang A.V. (1983). Computation of Unsteady Transonic Aerodynamics Using Prescribed
Steady Pressures. Journal of Aerocraft.V.20, N12, pp1058-1061.
Lukianov, P.V. (2005). Using of numerical-analytical method for acoustic problems solution. Acoustical
symposium “Consonant 2005”, Kiev, Inst. Hydromechanics, 27-29 September,pp.225-230.
Lukianov, P.V. (2011). On one numerically-analytical approach to solving of a problem on sound
generation by a thin wing. Part I. General schematic of application to planer stationary problem.Acoustic
bulletin.V.14,N3,p.46-52.
Lukianov, Petro. (2021). Numerical-analytical method for the problem of environmental safety.// Bulletin
of the Cherkassy Bohdan Khmelnytsky National University. Series:Applied mathematics and
Informatics.Issue 1,pp.13-22.
Lukianov, P.V. (2009). Unsteady propagation of small disturbances from a thin wing: The near and a far
fields. Acoustic bulletin,V.12(3),pp.41-55.
Lukianov, P.V. (2012). On one numerical-analytical approach to solving of a problem on sound generation
by a thin wing. Acoustic bulletin.V.15(3),pp.45-52.
Lukianov, P.V. (2007). The system of equations of aeroacoustics for a medium with vorticity: general case//
Acoustic Symposium "Consonance-2007".September 25-27,pp.163-168.
Lukianov, P.V. (2013-2014). On one model for aeroacoustics of viscous compressible gas. Part I. Analysis
of existing models, deducing of resolving system of equations. Acoustic bulletin.№2(16),pp.18-30.
Ffowcs Willams, J.E., Hawkings D.L. (1969). Sound Generated by Turbulence and Surfaces in Arbitrary
Motion. Philosophical Transactions of the Royal Socicety.A264, N1151,pp.321-342.
Farassat, F. (2007).Derivation of Formulations 1 and 1A of Farassat. NASA/TM 214853, 25p.
Fedorchenko, A.T. (2000). On some fundamental flaws in present aeroacoustic theory. Journal of Sound
and Vibration. 232, N.4,pp.719-782.
Lukianov, P.V. (2013-2014). On one model for aeroacoustics of viscous compressible gas. Part II. Noise of
the near blade-vortex interaction. Acoustic bulletin, №3(16),pp.31-40.
Lukianov, Petro V. (2017). Helicopter Rotor BVI-Noise Reduction by Twice-Bent Blade. Bulletin of the
Cherkassy Bohdan Khmelnytsky National University. Series:Applied mathematics and Informatics.Issue 1-
,p.50-64.
Lukianov, P.V. (2018). Peculiarities of BVI-noise generation at helicopter’s airplane landing.// Bulletin of
Zaporozhsky National University, Ser.:Phys. & Math. Sciences, N2,p.73-88.
Lukianov , P.V. (2019). BVI-noise simulation of two-blade helicopter’s rotor sin-shape. Visnyk of V.N.
Karazin Kharkiv National University. Ser. “Mathematics, Applied Mathematics and Mechanics”.Vol.89,
p.59-75.