Быстрая оценка характеристик звукового удара от сверхзвукового пассажирского самолета в стандартной атмосфере на основе точных решений. Крейсерский режим полета

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Доступ платный или только для подписчиков

Аннотация

Предложен метод быстрой оценки характеристик звукового удара от сверхзвукового пассажирского самолета в условиях стандартной атмосферы. Кусочно-линейная зависимость профиля температуры и отсутствие атмосферного ветра позволяют полностью свести задачу о геометрии распространения волн звукового удара к алгебраическому виду. Для акустического давления сформулировано точное решение на основе подхода нелинейной геометрической акустики. Проведен анализ зависимости геометрии распространения волн звукового удара от параметров крейсерского полета сверхзвукового пассажирского самолета. В условиях третьего семинара SBPW (Sonic Boom Prediction Workshop) 2020 произведен расчет эпюр избыточного давления на земле от демонстратора X-59.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

А. О. Корунов

Центральный аэрогидродинамический институт

Автор, ответственный за переписку.
Email: korunov.ao@phystech.edu
Россия, Жуковский

В. А. Гусев

Центральный аэрогидродинамический институт; Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова

Email: vgusev@bk.ru
Россия, Жуковский; Москва

В. С. Горбовской

Центральный аэрогидродинамический институт

Email: korunov.ao@phystech.edu
Россия, Жуковский

Список литературы

  1. Уизем Дж. Линейные и нелинейные волны. М.: Мир, 1977.
  2. Руденко О.В., Солуян С.И. Теоретические основы нелинейной акустики. М.: Наука, 1975.
  3. Руденко О.В., Маков Ю.Н. Звуковой удар: от физики нелинейных волн до акустической экологии (обзор) // Акуст. журн. 2021. Т. 67. № 1. С. 3–30.
  4. Plotkin K. State of the art of sonic boom modeling // J. Acoust. Soc. Am. 2002. V. 111. P. 530–536 (2002).
  5. Bonavolontà G., Lawson C., Riaz A. Review of Sonic Boom Prediction and Reduction Methods for Next Generation of Supersonic Aircraft // Aerospace. 2023. V. 10. P. 917.
  6. Аверьянов М.В., Хохлова В.А., Сапожников О.А., Блан-Бенон Ф., Кливленд Р.О. Параболическое уравнение для описания распространения нелинейных акустических волн в неоднородных движущихся средах // Акуст. журн. 2006. Т. 52. № 6. С. 725–735.
  7. Aver’yanov M., Blanc-Benon P., Cleveland R., Khokhlova V. Nonlinear and diffraction effects in propagation of N-waves in randomly inhomogeneous moving media // J Acoust. Soc. Am. 2011. V. 129(4). P. 1760–72. https://doi.org/10.1121/1.3557034
  8. Stout T.A., Sparrow V.W., Blanc-Benon P. Evaluation of numerical predictions of sonic boom level variability due to atmospheric turbulence // J. Acoust. Soc. Am. V. 2021. 149(5). P. 3250–3260. https://doi.org/10.112110.0004985
  9. Dagrau F., Rénier M., Marchiano R., Coulouvrat F. Acoustic shock wave propagation in a heterogeneous medium: a numerical simulation beyond the parabolic approximation // J Acoust Soc Am. 2011. V. 130(1). P. 20–32. https://doi.org/10.1121/1.3583549 PMID: 21786874
  10. Luquet D., Marchiano R., Coulouvrat F. Long range numerical simulation of acoustical shock waves in a 3D moving heterogeneous and absorbing medium // J. Computational Phys. 2019. V. 379. P. 237–261. https://doi.org/10.1016/j.jcp.2018.11.041
  11. Kanamori M., Takahashi T., Naka Y., Makino Y., Takahashi H. and Ishikawa H. Numerical Evauation of Effect of Atmospheric Turbulence on Sonic Boom Observed in D-SEND#2 Flight Test // AIAA 2017–0278. 2017. https://doi.org/10.2514/6.2017-0278
  12. Qiao J., Han Z.-H., Zhang L., Song W., Song B. Far-field sonic boom prediction considering atmospheric turbulence effects: An improved approach // Chinese J. Aeronautics. 2022. V. 35(9). P. 208–225. https://doi.org/10.1016/j.cja.2022.01.013
  13. Wade L.A. Investigation of 3-Dimensional caustic generation with application to off-track sonic boom focusing. Master of Science Dissertation, 2022.
  14. Кравцов Ю.А., Орлов Ю.И. Геометрическая оптика неоднородных сред. М.: Наука, 1980.
  15. Buchal R.N., Keller J.B. Boundary layer problems in diffraction theory // Communications on Pure and Applied Mathematics. 1960. V. 13. P. 85–114.
  16. Guiraud J.-P. Acoustique géométrique, bruit balistique des avions supersoniques et focalisation (Geometric acoustics, ballistic noise of supersonic aircraft and focusing), translated by Wade L. Originally appeared in: J. de Mec. 1965. V. 4(2). P. 215–267.
  17. Auger T. Modélisation et simulation numérique de la focalisation d’ondes de choc acoustiques en milieu en mouvement. Application à la focalisation du bang sonique en accélération (Modeling and numerical simulation of the focusing of acoustic shock waves in a moving medium. Application to the focusing of sonic boom during acceleration.) Dissertation, Université Pierre & Marie Curie, ParisVI, Paris, France, 2001, 197 pp. Translated by Wade L.
  18. Salamone III J.A., Sparrow V.V., Plotkin K.J. Solution of the Lossy Nonlinear Tricomi Equation Applied to Sonic Boom Focusing // AIAA J. 2013. V. 51(7). P. 1745–1754.
  19. Rallabhandi S.K. Propagation Analysis of the 3rd Sonic Boom Prediction Workshop Cases using sBOOM // AIAA 2021-0230. AIAA Scitech 2021 Forum. January 2021.
  20. Hayes W.D., Haefeli R.C., and Kulsrud H.E. Sonic Boom Propagation in a Stratified Atmosphere, with Computer Program // NASA CR-1299 (April 1969).
  21. Руденко О.В., Сухорукова А.К., Сухоруков А.П. Полные решения уравнения геометрической акустики в движущихся стратифицированных средах // Акуст. журн. 1997. Т. 43. № 3. С. 396–401.
  22. Pierce A.D. Spikes on sonic boom pressure wave forms // J. Acoust. Soc. Am. 1968. V. 44. P. 1052–1061.
  23. Rudenko O.V., Enflo B.O. Nonlinear N-wave propagation through a one-dimensional phase screen // Acustica – Acta acustica. 2000. V. 86. P. 229–238.
  24. Дубровский А.Н., Руденко О.В., Хохлова В.А. Флуктуационные характеристики волны звукового удара после прохождения случайно-неоднородного слоя // Акуст. журн. 1996. Т. 42. № 5. С. 623–628.
  25. Гусев В.А., Руденко О.В. Статистические характеристики интенсивной волны за двумерным фазовым экраном // Акуст. журн. 2006. Т. 52. № 1. С. 30–42.
  26. Кравцов Ю.А. Модификация метода геометрической оптики для волны, просачивающейся через каустику // Известия ВУЗов. Радиофизика. 1965. Т. 8. № 4. С. 659–667.
  27. Blokhintzev D. The propagation of sound in an inhomogeneous and moving medium. Pt. I. // J. Acoust. Soc. Am. 1946. V. 18. P. 322–328.
  28. Чернышев С.Л. Звуковой удар. М.: Наука, 2011.
  29. Coulouvrat F. A quasi-analytical shock solution for general nonlinear progressive waves // Wave Motion 2009. V. 46(2). P. 97–107.
  30. Coulouvrat F., Loubeau A., Marchiano R. Shock waves and absorption of general nonlinear progressive waves // AIP Conf. Proc. 2008. P. 1022. https://doi.org/10.1063/1.2956251
  31. Pierce A.D. Acoustics: An Introduction to Its Physical Principles and Applications. McGraw-Hill, New York, 1981.
  32. ГОСТ 4401-81 «Атмосфера стандартная. Параметры». https://lbpw.larc.nasa.gov/
  33. Ландау Л.Д. Об ударных волнах на далеких расстояниях от места их возникновения // Ландау Л.Д. Собрание трудов. Т. 1. М.: Наука, 1969. С. 504–512.
  34. von Gierke H.E., Nixon C.W. Human response to sonic boom in the laboratory and the community // J. Acoust. Soc. Am. 1972. V. 51(2, Pt. 3). P. 766–782.
  35. Cleveland R.O. Propagation of sonic boom through a real stratified atmosphere. Ph.D. dissertation. University of Texas at Austin, 1995.
  36. Chernyshev S.L., Gorbovskoy V.S., Kazhan А.V., Korunov А.О. Re-entry vehicle sonic boom issue: Modelling and calculation results in windy atmosphere based on the augmented Burgers equation // Acta Astronautica. 2022. V. 194. P. 450-460. https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2021.12.038

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. (а) — Начальные условия на конусе Маха и (б) — угловые положения вектора воздушной скорости

Скачать (86KB)
Метаданные
3. Рис. 2. К постановке начальных условий для акустического давления

Скачать (54KB)
Метаданные
4. Рис. 3. (а) — Обратные коноиды Маха и (б) — линии пересечения обратных коноидов с поверхностью земли в крейсерском полете ЛА на высоте 15 км при различных числах Маха

Скачать (302KB)
Метаданные
5. Рис. 4. (а) — Линии пересечения обратных коноидов Маха с поверхностью земли в крейсерском полете с числом Маха M = 1.5 и (б) — семейство зависимостей ширины возмущенной области от числа Маха при различных высотах крейсерского полета

Скачать (245KB)
Метаданные
6. Рис. 5. (а) — Решения для функции П и (б) — потенциала Ф в случае φ = 0°

Скачать (128KB)
Метаданные
7. Рис. 6. (а) — Начальные эпюры избыточного давления и (б) — соответствующие эпюры на земле для различных азимутальных углов выхода лучей

Скачать (481KB)
Метаданные
8. Рис. 7. Эпюры избыточного давления на земле в приближении идеальной среды (сплошные линии) и с учетом диссипативных факторов (пунктирные линии) [19] для азимутальных углов (а) — φ = 0°, (б) — φ = 20° и (в) — φ = 40°

Скачать (182KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024