Rapid Estimation of Supersonic Civil Aircraft Sonic Boom Characteristics in Standard Atmosphere Based on Analytical Solutions. Cruise Flight

封面

如何引用文章

全文:

开放存取 开放存取
受限制的访问 ##reader.subscriptionAccessGranted##
受限制的访问 订阅存取

详细

A method for rapid estimations of supersonic civil aircraft sonic boom characteristics in standard atmosphere is proposed. The piece-wise linearity of the temperature profile and the absence of atmospheric wind allow to completely reduce the problem on the geometry of the propagation of sonic boom waves to an algebraic form. For acoustic pressure, an exact solution is formulated on the basis of the approach of nonlinear geometric acoustics. The dependence of the geometry of the sonic boom waves propagation on the parameters of the aircraft cruise flight is analyzed. Under the conditions of the third seminar SBPW (Sonic Boom Prediction Workshop) 2020, ground overpressure signatures from the X-59 demonstrator were calculated.

全文:

受限制的访问

作者简介

A. Korunov

Central Aerohydrodynamic Institute

编辑信件的主要联系方式.
Email: korunov.ao@phystech.edu
俄罗斯联邦, Zhukovsky

V. Gusev

Central Aerohydrodynamic Institute; Lomonosov Moscow State University

Email: vgusev@bk.ru
俄罗斯联邦, Zhukovsky; Moscow

V. Gorbovskoy

Central Aerohydrodynamic Institute

Email: korunov.ao@phystech.edu
俄罗斯联邦, Zhukovsky

参考

  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

补充文件

附件文件
动作
1. JATS XML
下载
2. Fig. 1. (a) - Initial conditions on the Mach cone and (b) - angular positions of the air velocity vector

下载 (86KB)
索引源数据
3. Fig. 2. Initial conditions for the acoustic pressure

下载 (54KB)
索引源数据
4. Fig. 3. (a) - Inverse Mach conoids and (b) - lines of intersection of inverse conoids with the ground surface in a cruising flight of an aircraft at an altitude of 15 km at different Mach numbers

下载 (302KB)
索引源数据
5. Fig. 4. (a) - Inverse Mach conoids intersection lines with the ground surface in cruising flight with Mach number M = 1.5 and (b) - family of dependences of perturbed region width on Mach number at different cruising altitudes

下载 (245KB)
索引源数据
6. Fig. 5. (a) - Solutions for the function P and (b) - potential F in the case φ = 0°

下载 (128KB)
索引源数据
7. Fig. 6. (a) - Initial overpressure epuples and (b) - corresponding epuples on the ground for different azimuthal angles of ray exit

下载 (481KB)
索引源数据
8. Fig. 7. Ground overpressure diagrams in the ideal medium approximation (solid lines) and taking into account dissipative factors (dashed lines) [19] for azimuthal angles (a) - φ = 0°, (b) - φ = 20° and (c) - φ = 40°

下载 (182KB)
索引源数据

版权所有 © The Russian Academy of Sciences, 2024

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».