КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

 

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

---

Номер 22-79-10033

НазваниеЭнергоэффективное перемещение в жидкости с помощью упругих колебательных движителей

РуководительНуриев Артем Наилевич, Доктор физико-математических наук

Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Казанский (Приволжский) федеральный университет", Республика Татарстан (Татарстан)

Период выполнения при поддержке РНФ

07.2022 - 06.2025

Конкурс№71 - Конкурс 2022 года «Проведение исследований научными группами под руководством молодых ученых» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными.

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки, 09-104 - Движение объектов и аппаратов в различных средах

Ключевые словаКолебательный движитель, машущее крыло, вязкая несжимаемая жидкость, упругие изгибно-крутильные колебания, уравнение Навье-Стокса, тяга, подъемная сила

Код ГРНТИ27.35.21

---

 

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

---

Аннотация
Одним из наиболее перспективных направлений развития в области аэрогидродинамики беспилотных устройств, на сегодняшний день, является создание биомиметических движителей, подобных тем, что используются в живой природе рыбы, птицы и насекомые. Настоящий проект направлен на исследование аэрогидродинамики колебательных пропульсивных систем, анализу энергоэффективности таких систем для направленного перемещения в жидкости, а также изучению вопросов реализации необходимых колебательных форм движения за счет резонансных упругих колебаний пластин. Целью проекта является: 1) разработка аэрогидродинамической части плоской нелинейной теории колебательных движителей на основе асимптотического аналитико-численного подхода, изучение энегоэффективности колебательных движителей в различных режимах движения; 2) разработка упругодеформируемой части пространственной линейной и нелинейной теории аэрогидроупругости колебательных движителей в форме машущего крыла.

Ожидаемые результаты
1. Асимптотическое решение задачи о высокочастотных поступательных колебаниях цилиндрического тела с произвольной формой сечения (определяемой конформным отображением) при произвольном (мультигармоническом) законе колебаний. Получение структурных формул для определения гидродинамических сил, действующей на тело, и крейсерской скорости его движения (для произвольного случая). Подробное исследование нескольких частных случаев: а) колебаний тел в форме скругленных многогранников, б) колебаний крылового профиля Жуковского. Определение ключевых параметров таких колебательных движителей. Получение оценок энергоэффективности такого движения в жидкости. 2. Построение нелинейной асимптотической теории для описания гидродинамики машущего цилиндрического крыла круглого сечения, совершающего направленное пропульсивное движение вязкой несжимаемой жидкости. Исследование крейсерских режимов движения, формирующиеся в условиях гармонических вращательных и мультигармонических поступательных законов колебания крыла. Определение основных характеристик нестационарного силового гидродинамического воздействия на машущее крыло и его крейсерскую скорость как нелинейных функции безразмерной частоты, амплитуды вращательных колебаний и параметров мультигармонического закона поступательных колебаний. Определение параметров наиболее энергоэффективного закона движения. 3. Построение обобщенных асимптотических линейных и нелинейных аналитико-численных моделей для описания гидродинамики цилиндрического крыла с произвольной формой сечения. Получение структурных формул для определения гидродинамических сил, действующих на крыло. Подробное исследование нескольких частных случаев: а) крыла эллиптического сечения; b) крылового профиля Жуковского. Анализ влияние формы крыла на параметры движения. Определение параметров оптимального движения. 4. Определение границ применимости разработанных асимптотических моделей в рамках трехмерного численного моделирования. Создание и реализация трехмерных численных моделей, описывающих гидродинамику пропульсивных колебательных систем. Изучение структурных особенностей трехмерного течения около машущего крыла. Определение границ применимости плоской теории. 5. Построение на основе физических и геометрических гипотез, а также асимптотического анализа двумерных геометрически нелинейных уравнений теории пластин одномерных по пространственным координатам геометрически нелинейных уравнений движения изотропных и ортотропных удлиненных пластин стержневого типа, описывающих параметрические крутильные колебания, порождаемые основными изгибными колебаниями при конечных перемещениях. Исследование бегущих несвязанных изгибных и крутильных волн в изотропных и ортотропных пластинах рассматриваемого класса 6. На основе геометрически нелинейных уравнений п.5 линеаризованных в окрестности изгибных форм движения, исследование резонансных параметрических крутильных форм колебаний консольно закрепленных пластин, порождаемых изгибными колебаниями по первой основной моде. 7. Исходя из результатов п.5 построение геометрически линейных и нелинейных уравнений движения удлиненных анизотропных пластин стержневого типа, описывающие как при малых, так и конечных перемещениях связанные изгибно-крутильные и крутильно-изгибные колебания. 8. Построение на основе уравнений п.7 при малых перемещениях аналитического решения линейной задачи о связанных свободных и вынужденных колебаниях пластин рассматриваемого класса , закрепленных в торцевых сечениях на сферических опорах (рис.2, присоединенный файл). Теоретическое определение двух разных резонансных частот собственных колебаний при одинаковой их форме (изгибно-крутильной и крутильно-изгибной), но с разными амплитудными значениями перемещений и углов закручивания. 9. Редукция уравнений движения п.7 к эквивалентным интегральным уравнениям при разных условиях закрепления и нагружения силовой схемы машущего крыла (см. рис.1а–1в, присоединенный файл). Построение на их основе методом конечных сумм численных решений при малых перемещениях линейных задач о связанных свободных и вынужденных колебаниях анизотропных пластин, моделирующих машущее крыло по расчетным схемам, приведенным в приложении (раздел xxx проекта). 10. Исходя из результатов исследований аэрогидродинамики (п. 1-4) и теории упругости (п. 5-9), построение совместной аэроупругой модели композитного машущего крыла, описывающей ключевые характеристики такого движителя в разных режимах полета. Обозначенные выше результаты призваны дать ответы на ключевые вопросы о гидродинамике колебательных движителей, дать сравнительную оценку эффективности таких систем в разных режимах работы, установить оптимальные параметры пропульсивного движения, провести анализ различных силовых схем колебательных движителей, разработать методы и подходы к решению совместных задач упругости и аэродгидродинамики колебательных движителей. Результаты исследования планируется опубликовать в журналах, индексируемых в ведущих мировых библиографических и реферативных базах данных, в частности журналах из первого квартиля (Q1) Web Of Science. По результатам исследования руководитель гранта Нуриев А.Н. планирует защитить (в рамках сроков реализации гранта) докторскую диссертацию.

---

 

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

---