Двухмассовая газовая гирочастица как инструмент анализа сверхзвуковой аэроупругости

При достижении большой сверхзвуковой скорости полета летательного аппарата в потоке появляется плазма. Это затрудняет использование традиционной «поршневой» теории и ее модификаций для решения задачи аэроупругости. Предложено моделировать поток системой двухмассовых газовых гирочастиц, способных разделяться на два заряда и ионизировать поток. Двухмассовая газовая гирочастица имеет упругие элементы и две пары кратных частот колебаний. В результате взаимодействия с обтекаемой поверхностью упругой конструкции гирочастица раскручивается, начинает пульсировать. Кратные частоты колебаний расщепляются. Как только частота пульсаций газовой гирочастицы достигает частоты собственных колебаний упругой конструкции, наступает резонанс. Это флаттер. Принято, что сверхзвуковой характер обтекания определяется не скоростью движения летательного аппарата, а частотой вращения газовых гирочастиц. Чем она больше, тем значительнее аэродинамическое сопротивление. Если частота вращения газовых гирочастиц достаточно велика, то имеет место «эффект экранирования»: летательный аппарат тормозится и опрокидывается. Это дивергенция. Наличие плазмы не учитывается. С помощью двухмассовой гирочастицы предложена 2D-интерпретация флаттера и дивергенции.

Литература

[1] Lapushkina T.A., Erofeev A.V., Azarova O.A., Kravchenko O.V. Interaction of a plane shock wave with an area of ionization instability of discharge plasma in air. Aerospace Science and Technology, 2019, vol. 85, pp. 347–358, doi: 10.1016/j.ast.2018.12.020

[2] Артеха С.Н. Определение параметров плазмы с учетом локальных вращений. Журнал технической физики, 2011, т. 81, вып. 1, с. 65–68.

[3] Булгаков В.Н., Котенев В.П., Сапожников Д.А. Моделирование сверхзвукового обтекания затупленных конусов с учетом разрыва кривизны образующей тела. Математическое моделирование и численные методы, 2017, № 2(14), с. 81–91, doi: 10.18698/2309-3684-2017-2-8193

[4] Котенев В.П., Сысенко В.А. Аналитические формулы повышенной точности для расчета распределения давления на поверхности выпуклых, затупленных тел вращения произвольного очертания. Математическое моделирование и численные методы, 2014, № 1(1), с. 68–81, doi: 10.18698/2309-3684-2014-1-6881

[5] Азарова О.А. Неустойчивости и контактно-вихревые структуры в задачах сверхзвукового обтекания с внешними источниками энергии. Дис. … д-ра физ.-мат. наук. Москва, 2012. 385 с.

[6] Борисов В.Е., Давыдов А.А., Константиновская Т.В., Луцкий А.Е., Шевченко А.М., Шмаков А.С. Моделирование сверхзвукового течения в следе за крылом при М = 2−4. Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша, 2018, № 50, 19 с. URL: http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2018-50, doi: 10.20948/prepr-2018-50

[7] Ватрухин Ю.М., Мензульский С.Ю., Никопоренко А.В. Определение аэроупругих характеристик гиперзвукового летательного аппарата с точки зрения безопасности авиаперевозок. Специальная техника, 2010, № 4, с. 41–46.

[8] Thuruthimattan B.J., Friedmann P.P., McNamara J.J., Powell K.G. Aeroelasticity of a generic hypersonic vehicle. Proceedings of the 43d AI-AA/ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics and Materials Conference, 22–25 April 2002, Denver, Colorado, pp. 1–14.

[9] Коцур О.С., Щеглов Г.А. Реализация метода обмена интенсивностями вортон-отрезков для учета вязкости в методе вихревых элементов. Вестник МГТУ имени Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2018, № 3, с. 48–67, doi: 10.18698/1812-3368-2018-3-48-67

[10] Marchevskii I.K., Shcheglov G.A. On the dynamic stability of an elastically fixed high-drag airfoil under vortical parametric excitations. Mechanics of solids, 2016, vol. 51, no. 1, pp. 165–176, doi: 10.3103/S0025654416030122

[11] Аринчев С.В. Теория колебаний неконсервативных систем. Москва, Изд-во МГТУ имени Н.Э. Баумана, 2002. 464 с.

[12] Arinchev S.V. Simulation of reversed torsion of the AlMg6 aluminium bar using the macro-molecule approach. International Center for Numerical Methods in Engineering (CIMNE), Proceedings of the XIII International Conference on Computational Plasticity. Fundamentals and Applications, COMPLAS XIII, Polytechnic University of Catalonia (UPC), Barcelona, Spain, 1–3 September 2015, EbookComplas, 2015, pp. 429–439. URL: http://hdl.handle.net/2117/81380

[13] Arinchev S.V. Back from the solid temperature to kinetic energy of its macro-molecules. International Center for Numerical Methods in Engineering (CIMNE), Proceedings of the IVth International Conference on Particle-Based Methods. Fundamentals and Applications, Polytechnic University of Catalonia (UPC), Barcelona, Spain, 28–30 September, 2015, E-book_PARTICLES_2015, pp. 909–920. URL: http://congress.cimne.com/particles2015/frontal/doc/E-book_PARTICLES_2015.pdf

[14] Лысов А.Н., Винниченко Н.Т., Лысова А.А. Прикладная теория гироскопов. Челябинск, Издательский центр ЮрГУ, 2009. 254 с.