A Comprehensive Investigation of Nonlinear Shock-Induced Flutter in High-Speed Flows

高速流动中非线性冲击引起的颤振的综合研究

基本信息

  • 批准号:
    2341192
  • 负责人:
  • 金额:
    $ 52.48万
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    美国
  • 项目类别:
    Standard Grant
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    美国
  • 起止时间:
    2023-12-15 至 2026-11-30
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

High-speed flows are highly complex, involving phenomena like shock-boundary layer heating, entropy layer, gradients, and viscous interactions. The intricate fluid-thermal-structural interaction responses in these systems pose challenges toward ensuring safety and efficiency in high-speed flow applications. The presence of temperature changes and shock dynamics in high-speed flow applications can result in fluid-structural interaction response modes which are dependent on the force history and differ significantly from other similar systems. This joint computational and experimental project aims to provide a deep understanding of the key factors governing the fluid-structure interaction at high-speed flows and identify new nonlinear dynamic response modes due to interaction between the shocks and a heated flexible surface. The project will include significant educational and outreach activities, including engaging a diverse group of undergraduate research programs and K-12 outreach program with the local community.The project aims to fill the current gap in understanding fluid-thermal-structural interaction by investigating a novel class of scenarios involving translating shock and thermal gradients. Currently, our understanding is mainly limited to situations where the changes in the flow at small length scales significantly shorter than the interface length. This project fills the gap in our knowledge by exploring how shock wave translation at specific velocities can induce new modes of aeroelastic flutter and determine the influence of temperature gradients on the emergence of these new response modes. The project will accomplish these objectives through rigorous experimental and computational research, focusing on three specific tasks: (i) Developing and validating a computational model using an immersed boundary approach for a comprehensive study of fluid-thermal-structure interaction, (ii) Identifying the role of thermal conditions on shock boundary layer interaction with a flexible surface in both fixed and moving shock situations, and (iii) Unraveling the complex physics through the formulation of theoretical energy-based and momentum-based analysis approaches. The knowledge gained through this project will enable the development and design of more reliable high-speed applications with strong shock and thermal interaction.This award reflects NSF's statutory mission and has been deemed worthy of support through evaluation using the Foundation's intellectual merit and broader impacts review criteria.
高速流非常复杂,涉及现象,例如冲击层加热,熵层,梯度和粘性相互作用。这些系统中复杂的流体热结构互动响应构成了确保高速流动应用的安全性和效率的挑战。高速流动应用中温度变化和冲击动力学的存在会导致流体结构的相互作用响应模式,这些响应模式取决于力历史,并且与其他相似系统显着差异。这个联合计算和实验项目旨在深入了解高速流动流体结构相互作用的关键因素,并确定由于冲击与加热柔性表面之间相互作用而导致的新的非线性动态响应模式。该项目将包括重大的教育和外展活动,包括与当地社区一起吸引各种各样的本科研究计划和K-12外展计划。该项目旨在通过研究涉及翻译冲击和热梯度的新型场景来填补当前的差距,以理解流体 - 热结构的互动。当前,我们的理解主要限于在小长度时流量的变化明显短于界面长度的情况。该项目通过探索特定速度的冲击波翻译如何诱导新的气体弹性扑动,并确定温度梯度对这些新响应模式的出现的影响,从而填补了我们知识的空白。 该项目将通过严格的实验和计算研究来实现这些目标,重点介绍三个特定任务:(i)使用沉浸式边界方法来制定和验证计算模型,以全面研究流体 - 热结构的交互作用,(ii)确定热条件在固定和移动震动的情况下与柔性表面相互作用的热量和III的功能(III和III)的柔性表面的作用(基于动量的分析方法。通过该项目获得的知识将使更可靠的高速应用程序具有强烈的冲击和热相互作用的开发和设计。该奖项反映了NSF的法定任务,并且使用基金会的知识分子优点和更广泛的影响审查标准,被认为值得通过评估。

项目成果

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