Сверхзвуковые течения невязкого сжимаемого газа в аэродинамических окнах газовых лазеров

Авторы

  • К.Н. Волков
  • В.Н. Емельянов
  • А.В. Пустовалов

Ключевые слова:

аэродинамическое окно
сверхзвуковое течение
сопло
струя
численное моделирование
метод конечных объемов
маршевый метод
задача о распаде произвольного разрыва

Аннотация

Рассматриваются вопросы, связанные с разработкой средств математического моделирования, предназначенных для расчетов сверхзвуковых течений, которые реализуются в аэродинамических окнах газовых лазеров. На основе метода конечных объемов и маршевого метода проводится численное моделирование стационарных сверхзвуковых течений идеального сжимаемого газа в криволинейных каналах и соплах с различными степенями нерасчетности. Сравниваются картины течения в сверхзвуковых струях, возникающие при реализации на срезе сопла равномерного распределения скорости и распределения скорости, соответствующего свободному вихрю. Разрабатываются средства проектирования каналов на основе решения последовательности прямых задач. Результаты расчетов показывают высокую эффективность разработанного программного обеспечения применительно к решению задач, связанных с профилированием каналов и с управлением стационарными сверхзвуковыми струйными потоками.

Новые вычислительные технологии

Загрузки

Опубликован

2014-12-18

Выпуск

Том 15 (2014): Выпуск 4.

Раздел

Раздел 1. Вычислительные методы и приложения

Авторы

К.Н. Волков

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова
1-я Красноармейская ул., 1, 190005, Санкт-Петербург
• ведущий научный сотрудник

В.Н. Емельянов

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова
1-я Красноармейская ул., 1, 190005, Санкт-Петербург
• профессор

А.В. Пустовалов

Балтийский государственный технический университет «Военмех» имени Д.Ф. Устинова
1-я Красноармейская ул., 1, 190005, Санкт-Петербург
• научный сотрудник

Библиографические ссылки

  1. Борейшо А.С. Мощные мобильные химические лазеры // Квантовая электроника. 2005. 35, № 5. 393-406.
  2. Parmentier E.M. Supersonic flow aerodynamic windows for high power lasers // AIAA Paper. 1972. N 72-710.
  3. Parmetier E.M., Greenberg R.A. Supersonic flow aerodynamic windows for high-power lasers // AIAA Journal. 1973. 11, N 7. 943-949.
  4. Ефремов Н.М., Тихонов Б.А. Экспериментальное исследование газодинамических окон газовых лазеров // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1977. № 2. 192-196.
  5. Behrens H.W., Shwartz J., Kulkarny V.A. Beam quality of continuous and pulsed axial aerodynamic windows // Proceedings of SPIE. 1982. 343
    doi 10.1117/12.933733
  6. Хайлов В.М., Шеломовский В.В. Аэродинамическое окно с отношением разделяемых давлений более 500 // Инженерно-физический журнал. 1991. 61, № 6. 947-952.
  7. Guile R.N., Mapes S.N., Director M.N., Coulter L.J. Performance of a multi-element centrifugal aerowindow // AIAA Paper. 1974. N 74-227.
  8. Guile R.N., Hilding W.E. Investigation of a free-vortex aerodynamic window // AIAA Paper. 1975. N 75-122.
  9. Шеломовский В.В. Сопла, реализующие на срезе поток свободного вихря, и особенности течения в них // Ученые записки ЦАГИ. 1982. 13, № 1. 103-107.
  10. Гилерсон А.А., Панченко В.И., Рафиков В.Г., Сериков Р.И., Хайлов В.М. Исследование структуры потока и газодинамических характеристик аэродинамических окон со свободным вихрем // Ученые записки ЦАГИ. 1990. 21, № 4. 104-108.
  11. Masuda W., Yuasa M. Experimental study of a free-vortex aerodynamic window // Journal de Physique. 1980. 41. 423-429.
  12. Wildermuth E., Giesen A., HHugel H. Experimental investigations of a free-vortex aerodynamic window // Springer Proceedings in Physics. Vol. 15. Heidelberg: Springer, 1987. 96-100.
  13. Satake T., Sakai M., Watanabe T., Nakajima M., Horioka K. Experimental investigation of supersonic free-vortex flow with large asymmetry for aerodynamic laser windows // Japanese Journal of Applied Physics. 1998. 37, N 8. 4377-4382.
  14. Liu T., Jiang Z., Li W., Liu Z., Zhao Y. Studies on the aero-optical phenomena of free-vortex aerodynamic window’s jet // Chinese Journal of Lasers. 2002. 11, N 6. 425-431.
  15. Zhang D., Lu F.-Y., Li X.-Y. Numerical simulation of the overall flow and design of the free-vortex aerodynamic window // Infrared and Laser Engineering. 2005. N 6. 687-690.
  16. Волков К.Н. Влияние турбулентности на распространение когерентного луча в пограничном слое и слое смешения // Прикладная механика и техническая физика. 2010. 51, № 6. 63-77.
  17. Volkov K.N., Emelyanov V.N. Large-eddy simulation of turbulence-induced aero-optic effects in free shear flows // Journal of Physics: Conference Series. 2011. 318 (doi:10.1088/1742-6596/318/4/042062).
  18. Крайко А.Н., Шеломовский В.В. Построение и исследование плоских и осесимметричных конфигураций, создающих заданный поток. Анализ течения в соплах различных типов на их разгонном участке и в свободно расширяющейся гиперзвуковой струе // ЦИАМ. Технический отчет. 1978. o 8678.
  19. Крайко А.Н., Шеломовский В.В. О профилировании плоских и осесимметричных сопел и каналов, реализующих заданный сверхзвуковой поток в сечении выхода // Известия АН СССР. Механика жидкости и газа. 1981. № 4. 94-102.
  20. Емельянов В.Н., Пустовалов А.В. Среда разработки программных средств применительно к задачам численного моделирования газодинамических течений // Математические моделирование. 2003. 15, № 6. 59-64.
  21. Карамышев В.Б. Об одном подходе к конструированию маршевых алгоритмов решения стационарных задач газовой динамики // Журнал вычислительной математики и математической физики. 1992. 32, № 10. 1677-1679.
  22. Волков К.Н., Емельянов В.Н. Вычислительные технологии в задачах механики жидкости и газа. М.: Физматлит, 2012.
  23. Куликовский А.Г., Погорелов Н.В., Семенов А.Ю. Математические вопросы численного решения гиперболических систем уравнений. М.: Физматлит, 2001.
  24. Волков К.Н., Дерюгин Ю.Н., Емельянов В.Н., Козелков А.С., Карпенко А.Г., Тетерина И.В. Методы ускорения газодинамических расчетов на неструктурированных сетках. М.: Физматлит, 2014.