Лаборатория ЦАГИ подвела итоги научной работы в рамках гранта Правительства Российской Федерации


В Центральном аэрогидродинамическом институте имени профессора Н.Е. Жуковского (входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») в ходе научно-технической конференции подвели итоги работы в 2020 году лаборатории физического и численного моделирования течений с горением, входящей в состав отделения аэродинамики силовых установок. Она действует в рамках гранта Правительства России «Исследования и разработки физических моделей и численных технологий описания режимов горения в двигателях летательных аппаратов». Мероприятие состоялось 28-29 декабря.

Первый день конференции прошел в онлайн-формате, работала секция, посвященная расчетно-теоретическим исследованиям. На ней был представлен ряд докладов о работах над программным комплексом zFlare, разработанным в лаборатории и предназначенным для моделирования трехмерных турбулентных течений с неравновесным горением на многопроцессорных компьютерах в рамках подходов RANS и LES. С 2017 года ученые лаборатории проводят настройку используемых моделей турбулентности и горения на течения в высокоскоростных камерах сгорания. При этом используется богатый опыт исследования газовой динамики турбулентных течений вязкого газа, накопленный в ЦАГИ.

Так, в минувшем году лабораторией были получены результаты численного моделирования высокоскоростного течения с горением в модельном канале, который был ранее апробирован экспериментально в ONERA (Французский центр аэрокосмических исследований) в рамках европейского проекта LAPCAT II. Расчеты были выполнены с целью валидации программного комплекса zFlare. Они проводились с учетом турбулентности потока, неравновесного горения и шероховатости стенок камеры. Прямое численное моделирование крупномасштабной турбулентности позволило получить результаты, которые сопоставимы с данными реального испытания.

Также ученые лаборатории провели численное моделирование классического эксперимента Bellet & Deshayes (1970 г.), в котором исследовалось распространение детонации (волны горения, состоящей из ударной волны и фронта пламени, сильно взаимодействующих друг с другом) по каналу с пограничными слоями. В результате анализа расчетов впервые было дано обоснованное объяснение росту скорости распространения детонации по сравнению со случаем невязкого течения.

В рамках конференции был представлен новый гибридный (явно-неявный) метод, разработанный в лаборатории для проведения расчетов нестационарных течений (позволяющий корректно описывать изменения параметров потока во времени) и реализованный в программе zFlare. В результате скорость расчета увеличилась в 2 раза по сравнению с существующими при сохранении качества описания течения.

Кроме того, специалисты лаборатории в минувшем году создали модуль программы zFlare для описания двухфазных течений, таких как вдув топлива в поток воздуха с испарением и горением.

Вторая секция конференции, посвященная экспериментальным исследованиям, прошла 29 декабря в отделении аэродинамики силовых установок. Основное внимание было уделено модернизации средств измерений и новым испытаниям, выполненным с применением жидкого топлива — декана.

В работе конференции приняли участие ведущий ученый, руководитель лаборатории проф. В.А. Сабельников, академик РАН В.А. Левин, члены-корреспонденты РАН А.М. Гайфуллин и И.И. Липатов, сотрудники НИИ механики МГУ и специалисты ЦАГИ в области численного моделирования и эксперимента.

Лаборатория «Исследования и разработки физических моделей и численных технологий описания режимов горения в двигателях летательных аппаратов» была организована на базе Технопарка ЦАГИ в 2017 году при финансовой поддержке Правительства РФ (договор № 14.G39.31.0001 от 13.02.2017). Обязательным условием гранта является патронаж научной лаборатории приглашенным ведущим ученым.

Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (входит в НИЦ «Институт имени Н.Е. Жуковского») основан 1 декабря 1918 года. Сегодня ЦАГИ – крупнейший государственный научный центр авиационной и ракетно-космической отрасли Российской Федерации, где успешно решаются сложнейшие задачи фундаментального и прикладного характера в областях аэро- и гидродинамики, аэроакустики, динамики полета и прочности конструкций летательных аппаратов, а также промышленной аэродинамики. Институт обладает уникальной экспериментальной базой, отвечающей самым высоким международным требованиям. ЦАГИ осуществляет государственную экспертизу всех летательных аппаратов, разрабатываемых в российских КБ, и дает окончательное заключение о возможности и безопасности первого полета. ЦАГИ принимает участие в формировании государственных программ развития авиационной техники, а также в создании норм летной годности и регламентирующих государственных документов.

Национальный исследовательский центр «Институт им. Н.Е. Жуковского» создан в соответствии с Федеральным законом № 326-ФЗ от 4 ноября 2014 года для организации и выполнения научно-исследовательских работ, разработки новых технологий по приоритетным направлениям развития авиационной техники, ускоренного внедрения в производство научных разработок и использования научных достижений в интересах отечественной экономики. В состав центра входят Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского (ЦАГИ), Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова (ЦИАМ), Государственный научно-исследовательский институт авиационных систем (ГосНИИАС), Сибирский научно-исследовательский институт авиации имени С.А. Чаплыгина (СибНИА) и Государственный казенный научно-испытательный полигон авиационных систем (ГкНИПАС).