CC BY
46
2006
НАУЧНЫЙ ВЕСТНИК МГТУ ГА серия Аэромеханика и прочность
№ 97
УДК 553.65.11.32:681.3:629.7.015
К ИССЛЕДОВАНИЮ ВОЗДУШНЫХ ПОТОКОВ В ГОРАХ
А.А. НОВИКОВ, В.А. ПОЛУЯХТОВ Статья представлена доктором технических наук, профессором Крицким Б.С.
Приводятся результаты моделирования воздушных потоков, образующихся при воздействии порывов на горную вершину.
Часто горные вершины имеют достаточно большую протяженность, поэтому для исследования характера их обтекания можно использовать двумерный подход. Ниже приведены результаты математического моделирования обтекания горного хребта при воздействии на него ступенчатого порыва ветра. При порывах ветра, когда движение воздушных потоков вблизи склонов гор, их вершин не будет установившимся, на самолет или вертолет будут действовать знакопеременные нагрузки от нисходящих и восходящих потоков, оказывающие опасное воздействие на летательный аппарат. Математическое моделирование основано на методе дискретных вихрей [1 - 5]. Обтекание рассматривается нестационарное. Среда невязкая, места отрыва потока фиксируются. Непрерывный процесс изменения всех параметров заменяется ступенчатым, с некоторым шагом по времени. Скорость и направление потока определяются в произвольной точке пространства и отображаются векторным полем скоростей.
На рис. 1 показано формирование двухступенчатых порывов ветра - изменение скорости по безразмерному времени т (т = и01;/Ь, где ио - скорость ветра, Ї - время, Ь - высота хребта).
На рис. 2 и 3 показано влияние двух порывов ветра на изменение движения воздушных масс,
вблизи горных хребтов. Однократно '1 ный порыв ветра также создает
сложную картину течения у хребта, однако, двукратный порыв является более характерным. Проанализируем эти изменения по безразмерному времени. На рисунках, иллюстрирующих движение воздушных масс у склонов гор, стрелками показаны векторы местных скоростей потока. В целом картина течения около горного хребта характеризуется следую-
0 2 4 6 8 т
Рис. 1. Изменение скорости по безразмерному времени
щими особенностями:
— т = 0 - начался первый порыв ветра,
— т = 1,1 - порыв ветра продолжается, за вершиной горы начинает образовываться вихрь, движение его у склона горы восходящее;
— т = 2,1 - закончился первый порыв ветра, интенсивность вихря возрастает;
— т = 2,5 — интенсивность вихря продолжает увеличиваться, вихрь смещается по ветру и начинает приподниматься;
—т = 3,1 - вихрь поднимается выше, его интенсивность приводит к развитию сильного восходящего потока вдоль правого склона;
— т = 4,1 - интенсивность вихря уменьшается, развившийся восходящий поток у вершин гор приводит к развитию нового вихря у противоположного склона;
—т = 5,0 - движение воздушных масс у склонов гор уменьшается, влияние первого порыва ветра на них заканчивается, одновременно начинается второй порыв ветра;
в) т = 2,1
г) т = 2,5
д) т = 3,1 е) т = 5,0
Рис. 2. Векторное поле скоростей, иллюстрирующее движение воздушных масс у склонов гор при увеличении безразмерного времени до т = 5,0
—т = 6,1 - интенсивность образования вихря за горой выше, чем при первом порыве ветра, восходящий поток у наветренного склона горы;
—т = 7,5 - второй порыв заканчивается, образованный вихрь по объему больше, чем при первом порыве ветра и его центр смещен дальше от вершины горы;
а) т = 6,1
в) т = 7,5
б) т = 7,1
г) т = 8,1
д) т = 8,5 е) т = 10,1
Рис. 3. Векторное поле скоростей, иллюстрирующее движение воздушных масс у склонов гор при увеличении безразмерного времени больше 5,0
—т = 8,1 прямое действие второго порыва ветра заканчивается, вихрь начинает подниматься и образует сильный восходящий поток вдоль правых склонов, при этом в ущелье образуется застойная зона;
— т = 9,1 - образованный восходящий поток вдоль склонов гор сохраняется, течение справа налево приводит к образованию нового вихря с интенсивностью слабее прежнего;
— т = 10,1 - интенсивность вихревого движения воздушных масс уменьшается, хотя восходящий поток вдоль склонов гор сохраняется.
Таким образом, на летательный аппарат, выполняющий полет с подветренной стороны горных хребтов, будет оказывать влияние вихрь и восходящий поток вдоль склонов гор. При полетах в горах воздействие воздушных потоков на самолет или вертолет в большей степени будет проявляться вблизи вершин и склонов гор и в меньшей степени у подножья гор.
ЛИТЕРАТУРА
1. Аубакиров Т.О., Белоцерковский С.М., Желанников А.И., Ништ М.И. Нелинейная теория крыла и ее приложения. — Алматы: Гылым, 1997.
2. Аубакиров Т.О., Желанников А.И., Иванов П.Е., Ништ М.И. Спутные следы и их воздействие на летательные аппараты. Моделирование на ЭВМ. — Алматы: Гылым, 1999.
3. Лифанов И.К., Гутников В.А., Скотченко А. С. Моделирование аэрации городе. — М.: Диалог МГУ, 1998.
4. Желанников А.И., Старжинская Л.В. Исследование вихревых потоков около препятствий и их влияние на аэродинамические характеристики дельтаплана // Исследования по аэродинамике, аэроупругости и динамике полета дельтапланов и парашютов — крыльев. — М.: ВВИА, 1985.
5. Давидко Д.Н., Иванов П.Е., Попов В.М. К вопросу о моделировании обтекания поверхности земли со сложным рельефом местности. — М., НММ по аэродинамике летательных аппаратов, ВВИА им. проф. Н.Е. Жуковского, 1998.
TO RESEARCH OF AIR STREAMS NEAR MOUNTAINS
Novikov A.A., Polujahtov V. A.
Results of modelling of the air streams formed at influence of impulses on mountain top are presented.
Сведения об авторах
Новиков Алексей Алексеевич, 1972 г.р., окончил Сызранское ВВАУЛ (1994) и ВВИА им. Н.Е. Жуковского (1998), генеральный директор МОАКФ, автор 5 научных работ, область научных интересов — численные методы и их алгоритмическая реализация, аэродинамика вертолетов.
Полуяхтов Вячеслав Альбертович, 1967 г.р., окончил Сызранское ВВАУЛ (1990), преподаватель Сызранского ВАИ, автор более 10 научных работ, область научных интересов — численные методы и их алгоритмическая реализация, прикладная аэрогидродинамика, аэродинамика вертолетов.
