Расчётные исследования вихревых следов за самолётами

28 Сентября 2021

Докладчик: Босняков Игорь Сергеевич (ЦАГИ), igor.bosnyakov@tsagi.ru

Тезисы доклада "Расчётные исследования вихревых следов за самолётами" 

Исследование вихревых следов за самолётами упирается в ряд существенных сложностей. Если взять реальный самолёт в атмосфере, то невозможно добиться повторяемости эксперимента: состояние атмосферы изменяется с течением времени. Лидары для определения скорости потока воздуха по-прежнему обладают недостаточной разрешающей способностью. При моделировании в аэродинамической трубе обычно не хватает длины рабочей части, а размер насадков сопоставим с толщиной следа. Численное исследование также сопряжено со многими сложностями. Доклад будет посвящен этим сложностям и их разрешению.

Для вихревого следа за самолётом характерно много разных масштабов от 10 км — размера вихревого следа до 1 м — радиус ядра вихря самолёта. Такая разномасштабность не позволяет провести моделирование всего процесса целиком. Приходится создавать математическую модель с ограниченной расчётной областью, в которой ставятся специальные начальные и граничные условия.

Уравнения движения газа решаются численно с помощью подхода LES. Используется метод конечного объёма второго порядка точности и схема Галеркина третьего порядка точности. Проводится демонстрация влияния диссипативных свойств численных схем на получаемое решение. В качестве тестов используется плоское вихревое течение и задача о диссипации однородной изотропной турбулентности.

Моделирование вихревых следов проводится в трех постановках: двухвихревая система и четырехвихревая система в нейтрально-стратифицированной атмосфере на удалении от земли и четырехвихревая система в приземном пограничном слое. Моделируются замыкания вихрей в следе, отскок вихревого следа от поверхности земли, турбулентная диффузия вихрей. Проводится сравнение полученных результатов расчёта с имеющимися моделями вихревых следов.

В заключение работы дается краткий обзор по практическому применению результатов моделирования вихревых следов в задачах обеспечения безопасности полётов.