"МЕХАНИКА ЖИДКОСТИ, ГАЗА И ПЛАЗМЫ"
Программа разработана кафедрой "Гидродинамики и аэроакустики" (базовое предприятие ЦАГИ) в соответствии с магистерской программой 0103051 "Гидродинамика и аэроакустика"
- Проблема сопротивления аппаратов, движущихся по поверхности воды. Разделение сопротивления на классы - трение, сопротивление формы, волновое и др. виды сопротивления. Сопротивление трения. Представление о погранслое и идеология уравнения Прандт-ля. Сопротивление трения плоской пластины. Решение Блазиуса. Ламинарный и турбулентный погранслой. Основные закономерности. Ла-минаризация.
- Сопротивление формы. Теорема импульсов, представление о следе, представление сопротивления через производительность источника F=pQV. Хорошо обтекаемые и плохо обтекаемые тела. Кризис сопротивления. Физика отрыва погранслоя.
- Поверхностные волны в жидкости. Основы теории малых поверхностных волн. Кинематические и динамические граничные условия, стоячие и прогрессивные волны, кинематика частиц в волне, энергия волн и ее перенос. Фазовая и групповая скорость. Корабельные волны и формирование волнового сопротивления. Зависимость волнового сопротивления от числа Фруда и пути повышения скорости движения.
- Вопросы экспериментальной отработки гидродинамики судов и др. объектов в опытовых бассейнах. Проблемы моделирования. Методы переноса результатов модельных экспериментов на натурные объекты
- Движители. Основа теории гребного винта как активного диска Представление о КПД идеального движителя. Гидродинамика лопаток винта. Винты в насадках. Водометы и др. виды движителей.
- Аппараты с динамическими принципами поддержания. Вопрос о волновом сопротивлении. Глиссеры, суда на подводных крыльях, суда на воздушной подушке, гидросамолеты и экранопланы.
- Гидродинамика глиссирования. Применение теории профиля. Принцип симметрии Шварца. Подъемная сила глиссирующей пластинки. Струйная задача. Роль брызговой струйки в формировании сопротивления. Глиссирующая поверхность конечного размаха. Связь с теорией крыла. Применение выводов теории крыла с эллиптическим распределением циркуляции. Индуктивное и брызговое сопротивление.
- Гидродинамика глиссирования поверхностей малого удлинения. Гипотеза плоских сечений и связь с задачей о входе в воду профиля. Теория Джонса. Подъемная сила как секундное количество движения в следе. Смыкание теории крыла и теории плоских сечений. Методы расчетов сопротивления и подъемной силы реальных глиссирующих тел.
- Проблема определения истинной величины глиссирующей поверхности с учетом подпора. Задача Щегловой о глиссировании прямоугольной пластинки конечного размаха. Основные выводы теории и представление о глиссировании с отрицательной осадкой. Экспериментальные подтверждения и связь с проблемой устойчивости глиссирования.
- Устойчивость глиссирования. Общие представления и результаты экспериментов. Работы Эпштейна и обобщения на основе теории размерностей. Анализ устойчивости по Ляпунову для простейших тел типа глиссирующего плоскокилеватого клина. Методы экспериментального изучения устойчивости в опытовых бассейнах на моделях.
- Кавитация при быстром движении тел в жидкости. Число кавитации, число Эйлера. Основные закономерности явления кавитации. Принцип независимости расширения каверны. Возникновение и развитие кавитации с ростом скорости. Паровая кавитация и эрозия гребных винтов. Суперкавитация.
- Использование подводных крыльев. Виды крыльев. Способы регулирования осадки. Гидродинамика малопогруженных плоских подводных крыльев. Постановка задачи, граничные условия. Влияние свободной поверхности. Самостабилизация по глубине - основные факторы, V-образные крылья. Кавитация подводных крыльев, ее разновидности и борьба с ней. Гидродинамика суперкавитирующих подводных крыльев.
- Экранопланы и аппараты на ВП. Статическая и динамическая воздушная подушка. Вихревая система крыла вблизи экрана. Индуктивное сопротивление и перспективы повышения качества.
- Основные уравнения звукового поля. Вывод уравнений акустики из уравнений гидродинамики. Звуковые волны в газах. Волновое уравнение. Плоские гармонические волны. Звуковое давление, скорость частиц в плоской звуковой волне, волновое сопротивление среды. Принцип суперпозиции волн, интерференция. Энергия и импульс звуковых волн. Плотность звуковой энергии, акустическая мощность. Волновое уравнение в цилиндрических и сферических координатах. Уравнения нелинейной акустики.
- Упругие волны в твердых телах. Механические колебания. Упругие волны в изотропных твердых телах: продольные и сдвиговые волны. Скалярный и векторный потенциалы. Типы волн в ограниченных твердых телах. Уравнения, описывающие продольные и изгибные волны в стержнях и тонких пластинах, скорость распространения волн. Уравнения колебаний тонкой оболочки. Собственные колебания стержней, пластин и оболочек, частоты и формы собственных колебаний. Плотность собственных частот. Вынужденные колебания, частотные резонансы Влияние диссипации энергии в упругой системе на ее колебания.
- Случайные колебания упругих систем. Описание случайных по пространству и времени полей в рамках корреляционной теории. Стационарность и эргодичность. Пространственно-временная корреляционная функция, спектр пространственных корреляций, частотно-волновой спектр. Постановка и методы решения задач о случайных колебаниях тонкостенных упругих систем. Метод ортогональных статистических разложений. Случайные колебания пластин и оболочек, влияние пространственных масштабов корреляции и фазовой скорости поля внешних сил на колебания.
- Распространение звуковых волн. Отражение и преломление звуковых волн на границе двух сред при нормальном и наклонном падении звука. Боковая волна. Падение звуковой волны на тангенциальный разрыв скорости. Распространение звука в волноводах и трубах с идеальными и импедансными стенками. Представление звукового поля в виде нормальных волн (мод). Групповая и фазовая скорости. Критическая частота для нормальных волн. Затухание звука. Монополь в волноводе. Распространение звука в однородном канале с потоком. Характеристическое уравнение, его решение в низкочастотном и высокочастотном приближении. Оптимизация затухания звука в канале. Импеданс. Простейшие модели импеданса. Импеданс при высоких уровнях звука и наличии воздушного потока. Рассеяние звука. Распространение звука в атмосфере, поглощение звука.Рефракция звука в сдвиговом течении.
- Турбулентные течения. Осредненное и пульсационное движение. Вывод тензора напряжений турбулентного трения из уравнения Навье-Стокса. Уравнения Рейнольдса. Полуэмпирические теории турбулентности. Статистическое описание поля турбулентного потока. Перемежаемость. Изотропная и неизотропная турбулентность. Турбулентные характеристики струи: турбулентные напряжения, корреляция, масштаб и спектр турбулентности.
- Источники шума аэродинамического происхождения. Неоднородное волновое уравнение. Общее решение волнового уравнения. Простой источник, диполь, квадруполь. Движущиеся источники звука. Эффект Доплера.
- Генерация шума турбулентностью. Теория Дайтхилла. Генерация звука вихрями при малых числах Маха. Альтернативные предствления источника звука. Шум газовых струй. Связь аэродинамических и акустических параметров струи. Акустические характеристики струй: ближнее и дальнее звуковые поля, направленность излучения, мощность и спектр. Дискретные тона, излучаемые сверхзвуковыми струями, механизм Пауэлла. Методы снижения шума струй.
- Влияние твердых границ на генерации звука потоком. Шум турбулентного пограничного слоя при дозвуковых и сверхзвуковых полетах, псевдозвук. Шум при обтекании плохообтекаемых тел. Шум самолетных и вертолетных винтов, основные источники: шум вращения, объемный и вихревой шум. Методы расчета шума самолетных и вертолетных винтов. Методы уменьшения шума винтов в дальнем и ближнем полях. Шум компрессоров и вентиляторов.
- Звукоизоляция. Акустическое излучение. Прохождение звуковых волн через преграды. Коэффициент отражения и прозрачность для одного слоя и произвольного числа слоев. Волновые параметры. Импеданс. Звукопроницаемость и ослабление звука преградой. Звукоизоляция для случая чисто инерционного движения преграды. Закон массы. Звукоизоляция однородной преграды с учетом ее упругости и диссипации. Прохождение плоской звуковой волны через двойную преграду. Звукоизоляция безграничной тонкой пластины при нормальном и наклонном падении плоской звуковой волны. Эффект волнового совпадения. Звукоизоляция при диффузном падении звуковых волн. Коэффициент звукопоглощения .
- Акустическое излучение при изгибных колебаниях неограниченной пластины. Критическая частота. Влияние конечности размеров пластины на ее акустическое излучение. Акустическое излучение пластины при разных видах случайного нагружения. Влияние пространственно-временной структуры поля внешних сил на акустическое излучение неограниченной и ограниченной пластин, влияние диссипации энергии. Акустическое поле в тонкой оболочке при случайном аэроакустическом нагружении.
- Акустика самолета. Шум на местности и в кабине самолетов различных типов. Основные источники. Нормативные требования к шуму в пассажирских кабинах и на местности. Методы снижения шума самолета на местности: двухконтурные двигатели, шумопоглощающие насадки, звукопоглощающие вставки, компоновка и др. Глушители шума реактивных двигателей и газодинамических установок. Инженерные методы расчета шума на местности, основные упрощающие предположения. Методы снижения шума в салоне самолета: звукоизолирующие, звукопоглощающие, виб-роизолирующие и вибропоглощающие конструкции. Методы расчета шума в салоне самолета: эмпирический, инженерный, энергетический, статистический, аналитический и численный.
- Акустические измерения. Аппаратура для акустических измерений. Микрофоны, виброприемники, усилители, шумомеры, магнитные регистраторы. Методика натурных измерений. Спектральный анализ шума. Полосовые фильтры, анализаторы спектра. Корреляционный анализ шума и корреляционная аппаратура. Заглушенные и реверберационные камеры для измерения акустических характеристик аэродинамических источников шума. Камеры для определения звукоизоляции панелей. Измерения характеристик звукопоглощающих материалов и конструкций. Интерферометры. Регистрация и анализ кратковременных процессов. Машинные методы обработки результатов измерений.
ЛИТЕРАТУРА
- Лотов А.Б. "Глиссированиеи быстрый вход тел в воду", Курс лекций, МФТИ, 1984 г.
- Эпштейн Л.А. "Гидродинамика скоростных транспортных аппаратов", Курс лекций, МФТИ, 1986 г.
- Логвинович Г.В. "Гидродинамика течений со свободными границами", Киев, Наукова Думка, 1969 г.
- Прандтль Л. и Титьенс С. "Гидроаэромеханика", т.1,2, 1932 г.
- Лэмб Г., "Гидродинамика", М., 1974 г.
- Щеглова М.Г. "Расчет смоченной длины пластинки конечного размаха при глиссировании с постоянной скоростью", ЦАГИ, Сборник работ по гидродинамике, 1959 г.
- Седов Л.И. "Методы теории размерностей и подобие в механике", ГИТТЛ, 1954 г.
- Белавин Н.И. "Экранопланы", Судостроение, 1977 г.
- Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. "Гидродинамика".М.: Наука, 1986 г.
- Блохинцев Д.И. "Акустика неоднородной движущейся среды". М.: Наука, 1981 г.
- Шлихтинг Г. "Теория пограничного слоя". М.: Наука, 1969 г.
- Скучик Е. "Основы акустики", тт.1,2 М.: Мир, 1976 г.
- Исакович М.А. "Общая акустика". М.: Наука, 1973 г.
- "Авиационная акустика", тт. 1,2 (под ред. Мунина Л.Г.). М.: Машиностроение, 1986 г.
- Минович И.Я., Перник А.Д., Петровский В.С. "Гидродинамические источники звука". Л.: Судостроение, 1972 г.
- Мунин А.Г., Кузнецов В.М., Леонтьев Е.А. "Аэродинамические источники шума". М.: Машиностроение, 1981 г.
