Введение к работе
Актуальность темы диссертации. В широком классе задач премирования устройств топливно-энергетического комплекса и ракет-космической техники, создания новых наукоемких технологий в хи-ческой промышленности и металлургии необходимы эффективные годы расчета и управления параметрами сверхзвуковых течений. д управлением понимается получение таких параметров, или ре-мов, течения, при которых конкретное газодинамическое устрой-ю, как рабочий инструмент, наиболее эффективно выполняет свои нкции для рассматриваемой прикладной задачи.
Одним из возможных способов управления сверхзвуковыми тече-тми является синтез в них оптимальных ударно-волновых систем и )уктур, обладающих особыми свойствами в отношении отдельных эаметров течения. Введение в методики расчета сверхзвуковых теши задач об оптимальных ударно-волновых системах и структурах цественно осложняет используемый математический аппарат и за-(Гдняет газодинамическое проектирование конкретных технических :ройств. Разработка единых подходов и методов создания опти-иьных ударно-волновых структур в сверхзвуковых потоках и опре-гяет актуальность темы диссертационного исследования.
Цель работы: создание единой методологии проектирования и ;чета ударно-волновых систем и структур, обеспечивающих аксиальные значения газодинамических параметров за ними.
Научная новизна работы:
Получены аналитические зависимости, позволяющие по заданным значениям числа Маха невозмущенного потока, показателя адиабаты и интенсивностей входящих в систему волн рассчитать значение любой газодинамической переменной за системой. На основе этих зависимостей найдены аналитические решения в задачах построения ударно-волновых систем, оптимальных для полного и статического давлений, плотности, скоростного напора, акустического импеданса, угла поворота потока.
-
На примере задачи минимизации потерь полного давления в сист< ме, тормозящей поток до дозвуковых скоростей, показано, что раї сматриваемые задачи являются задачами нелинейного програм мирования с нелинейными ограничениями - неравенствами. Прс веден параметрический анализ таких задач, доказана строгая л( кальная оптимальность.
-
Исследована геометрия тел, генерирующих оптимальные ударш волновые системы. Доказана принципиальная возможность и< пользования таких систем при гиперзвуковых скоростях.
-
На примерах центрированной волны сжатия и регулярного отр; жения скачка уплотнения от стенки (плоскости симметрии) пр< анализирована возможность оптимизации ударно-волновых струї тур. Получены аналитические решения, обеспечивающие экстр< мальные значения газодинамических переменных за исходящим из области взаимодействия волнами.
Достоверность представленных результатов подтверждаете сравнением с экспериментальными и численными данными других аі торов, а также использованием точных аналитических соотношений
Практическая ценность работы. На основе проведенных иселі дований получены явные аналитические решения, позволяющие дл заданной газодинамической переменной проектировать оптимальны ударно-волновые системы, состоящие из произвольного числа вол) Параметрическое исследование оптимальных ударно-волновых сі стем и структур позволило углубить знания о закономерностях свер: звуковых течений. Анализ геометрии оптимальных ударно-волновы систем, а также учет взаимодействия входящих в систему волн позв< лили в ряде случаев указать границы применимости рассматривав мых способов управления сверхзвуковым потоком. Материалы дш сертационного исследования использованы в БГТУ при подготовь учебного пособия по курсу "Теория ударно-волновых систем и прі цессов".
Положения, выносимые на защиту:
-
Аналитические решения, описывающие ударно-волновые системы, оптимальные для полного и статического давлений, плотности, скоростного напора, акустического импеданса, угла поворота потока.
-
Методика сведения рассматриваемых задач к задачам нелинейного программирования с нелинейными ограничениями - неравенствами и проверки полученных решений на строгую локальную оптимальность.
-
Методика учета взаимодействия волн, образующих оптимальные ударно-волновые системы, а также расчета оптимальных ударно-волновых структур.
Апробация работы. Основные результаты работы докладыва-ись на Международной конференции "Фундаментальные исследова-ия в аэрокосмической науке" (Москва, ЦАГИ, 1994); XVI Всерос-ийском семинаре "Струйные и нестационарные течения в газовой инамике" (Новосибирск, 1995); IV, V, VI и VII научных конферен-иях ученых России, Белоруссии и Украины "Прикладные пробле-ы механики жидкости и газа" (Севастополь, 1995, 1996, 1997, 1998); сероссийской научной конференции "Первые Поляховские чтения" Нанкт-Петербург, 1997); Всероссийских молодежных научных кон-еренциях "XXIII Гагаринские чтения" и "XXIV Гагаринские чтения" Москва, 1997, 1998); XVII Всероссийском семинаре "Течения газа и цазмы в соплах, струях и следах" (Санкт-Петербург, 1997); II Ме-дународной конференции по неравновесным процессам в соплах и груях (Санкт-Петербург, 1998); научном семинаре кафедры Плазмо-ізодинамических импульсных систем БГТУ под руководством проф. .Н. Ускова (Санкт-Петербург, 1996); научном семинаре кафедры ги-эоаэромеханшш математико-механического факультета СПбГУ под утководством проф. В.Г. Дулова (Санкт-Петербург, 1998).
Публикации. Материалы диссертационного исследования опу-тикованы в семнадцати научных трудах.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения пяти глав, заключения и списка литературы из 51 наименования. Работа содержит 157 страниц, 52 рисунка и 1 таблицу.