Исследование переходных и турбулентных течений около элементов сверх- и гиперзвуковых летательных аппаратов

Развита модель турбулентных процессов переноса, предложенная Глушко Г.С. в 1974 г. Получены выражения для напряжений Рейнольдса с учетом сверхзвукового характера течения для плоского и осесимметричного случаев.Проведен анализ некоторых нелинейных моделей напряжений Рейнольдса для случая плоских турбулентных струй на автомодельном участке. На основе численных расчетов показано, что все рассмотренные модели напряжений Рейнольдса позволяют получать удовлетворительное совпадение результатов по средней скорости и кинетической энергии турбулентности. Все рассмотренные модели напряжений дают заметный рост квадрата пульсаций продольной скорости вдали от оси струи, что вполне согласуется с экспериментальными данными. Однако все модели не описывают анизотропию нормальных напряжений вблизи оси струи из-за того, что они дают зависимость нормальных напряжений только от первых производных скорости. Аналогичный анализ проведен и для случая круглых и веерных турбулентных струй на автомодельном участке. Показано, что все рассмотренные модели напряжений Рейнольдса не позволяют полностью разрешить "аномалию круглой струи" (Pope 1978). Необходима дальнейшая проработка вопроса об учете геометрии струйных автомодельных течений. Предложены усовершенствования трехпараметрической модели Olsen и Coakley, учитывающие влияние различных дополнительных эффектов на время релаксации, входящее в уравнение для неравновесной турбулентной вязкости. Подход Olsen и Coakley обобщен и на k-epsilon-модель турбулентности.Исследованы возможности низкорейнольдсовых двухпараметрических моделей турбулентности с линейными или нелинейными моделями напряжений Рейнольдса по предсказанию ламинарно-турбулентного перехода, возможности предложенных вариантов трехпараметрических моделей турбулентности по предсказанию переходных течений. В целом рассматриваемые варианты трехпараметрических моделей позволяют улучшить точность предсказания положения перехода, но есть возможность дальнейшего улучшения. На основе RANS-подхода с использованием различных нелинейных моделей напряжений Рейнольдса, двух- и трехпараметрических моделей турбулентности проведено численное моделирование различных высокоскоростных течений: сверхзвуковых турбулентных струй, сверх- и гиперзвуковых течений в воздухозаборниках летательных аппаратов, сверхзвукового течения около осесимметричного тела с кольцевой каверной, гиперзвуковых течений (число Маха М = 7), которые экспериментально исследованы на гиперзвуковой ударной аэродинамической трубе ГУАТ-1 в ИПМех РАН, турбулентных отрывных течений в соплах ракетных двигателей в двух- и трехмерной постановках, течений около интегральных компоновок гиперзвуковых летательных аппаратов (Х-33, Х-34, Х-37, Х-43 и Х-51) в трехмерной постановке. На основе LES-подхода проведено численное моделирование ряда высокоскоростных течений: в сверхзвуковых пере- или недорасширенных струях, в соплах ракетных двигателей.