Цели и задачи проекта

• Исследование флаттера и других аэроупругих явлений, возникающих с различными конструкциями в потоке газа, а также изучение последствий таких явлений
• Исследование влияния различных параметров конструкций и течения газа на флаттер и другие аэроупругих явления
• Разработка методов прогнозирования флаттера и других аэроупругих явлений
• Разработка методов подавления флаттера и других нежелательных аэроупругих явлений

Процесс исследования

В рамках изучаемых задач исследуются такие аэроупругие явления, как панельный флаттер, флаттер и вынужденные колебания лопаток турбомашин, флаттер и маховые колебания лопастей несущих винтов вертолетов и.т.д.
Явление панельного флаттера — вибрации упругих оболочек, обтекаемых сверхзвуковым потоком вязкого или невязкого газа. Существуют два типа панельного флаттера: связанный флаттер, обусловленный взаимодействием двух собственных мод колебания, детально изучен как теоретически, так и экспериментально в основном при больших числах Маха; одномодовый флаттер, не сопровождающийся слиянием собственных частот и существенным изменением формы колебания, возникает при малой сверхзвуковой скорости. Одномодовый флаттер был теоретически открыт в 2000-х гг. В.В. Веденеевым, в 2010-м году было получено экспериментальное подтверждение его существования. В этом направлении работа посвящена углублению и развитию теоретических и экспериментальных исследований панельного флаттера при трансзвуковых и малых сверхзвуковых скоростях как плоских, так и цилиндрических оболочек.
Одними из основных проблем при проектировании газотурбинных двигателей (ГТД) являются флаттер и резонансные колебания. Для прогнозирования флаттера, как правило, используют упрощённые критерии, основанные на опыте, накопленном при конструировании двигателя и его доводке, и не применимые для оценки влияния на границы флаттера параметров, не входящих в число определяющих. Другими методами прогнозирования флаттера лопаток является частотный и прямой метод. Частотный метод основан на вычислении собственных частот связанной системы поток-лопатка, что требует больших вычислительных ресурсов. Прямой метод заключается в моделировании движения во времени связанной системы лопатка-поток, что также требуют значительных вычислительных ресурсов. Четвертым методом является энергетический метод, основанный на вычислении работы, совершаемой аэродинамическими силами на поверхности лопатки, гармонически колеблющейся по собственной форме за период колебаний. Одной из основной причиной, вызывающей резонансные колебания, является возбуждение от аэродинамических следов лопаток впереди сзади стоящих направляющих аппаратов. отстройка собственных частот возбуждающих гармоник. В этом направлении работа посвящена изучению влияния конструктивных параметров и параметров течения газа на динамическое поведение лопаток в условиях флаттера и резонанса и разработку методов прогнозирования флаттера и резонансных колебаний.
Флаттер лопастей несущего винта вертолета может привести к значительным повреждениям лопастей и крушению вертолета. В отечественном вертолетостроении в основном для прогнозирования флаттера используются два подхода: первый подход – метод Флоке, применяемый к системе с двумя степенями свободы для сечения лопасти, предсказывающий флаттер только на простейших модах; второй подход, применяемый к высшим модам, заключается в осреднении поля течения по циклу вращения и анализе флаттера лопасти в нестационарном потоке и не учитывает периодичность течения. В этом направлении работа посвящена исследованию механизмов возникновения флаттера, оценке влияния на границы флаттера нестационарности, сжимаемости, различных конструктивных параметров, а также разработке методов прогнозирования флаттера, применимых к различным модам колебания и учитывающие периодичность течения.

Результаты проекта

• Исследовано влияние конструкционного демпфирования и формы панели на границы одномодового панельного флаттера
• Изучено влияние пограничного слоя на границы связанного и одномодового флаттера пластины.
• Исследованы границы панельного флаттера при нулевом и ненулевом угле скольжения
• Исследован в нелинейной постановке флаттер панели при трансзвуковых и малых сверхзвуковых скоростях, изучено влияние ускорения и замедления потока, а также внешних возмущений
• Изучено влияние численных, конструктивных параметров и параметров течений газа на прогнозирование флаттера лопаток компрессоров ГТД.
• Разработана методика и ее программная реализация прогнозирования флаттера лопаток рабочих колёс ГТД на основе энергетического метода. Поведена верификация методики по экспериментальным данным.
• Разработан метод и его программная реализация расчета флаттера несущей системы вертолета в трехмерной постановке
• Разработана методика и ее программная реализация вычисления аэродинамических нагрузок на основе метода дискретных вихрей