Численное моделирование интерференционного взаимодействия ударных волн вблизи пластины с цилиндрическим притуплением



Numerical modeling of shock waves interference interaction near a plate with cylindrical bluntness

Using the author’s computer code, a numerical study of interference interaction structure of impinging and reflected shock waves was complete at different relative positions of plate with a cylindrical bluntness and of shock wave generator. Numerical modeling of heat exchange parameters was complete in greatest plate heating areas in high-speed flow. Density gradient distribution that correspond with shadowgraph of interference interaction different types was received. Validation of numerical modeling results was performed.

Aerothermodynamics, numerical modeling, interference interaction, heat exchange, validation


Том 27, выпуск 3, 2026 год



С использованием авторского компьютерного кода выполнено численное исследование структуры интерференционного взаимодействия падающей и отошедшей ударных волн при различном взаимном расположении пластины с цилиндрическим притуплением и генератора скачка уплотнения. Проведено численное моделирование параметров теплообмена в областях наибольшего нагрева пластины при высокоскоростном обтекании. Получены поля распределений градиента плотности, соответствующие теневым картинам интерференционных взаимодействий III и IV рода. Выполнена валидация результатов численного моделирования.

аэротермодинамика, численное моделирование, интерференционное взаимодействие, теплообмен, валидация


Том 27, выпуск 3, 2026 год



1. Боровой В.Я., Егоров И.В., Мошаров В.Е., Скуратов А.С., Радченко В.Н. Экстремальный нагрев тел в гиперзвуковом потоке: Газодинамические явления и их характеристики. М.: Наука, 2018. 390 с.
2. Ferry A. Experimental results with airfoils tested in the high-speed tunnel at Guidonia // NACA TM-946, July 1940.
3. Chapman D.R. An analysis of base pressure at supersonic velocities and comparison with experiment // NACA-TR-1051, January 1951.
4. Gadd G.E. Interactions between wholly laminar or wholly turbulent boundary layers and shock waves strong enough to cause separation // J. Aero. Sci. November 1953. Vol. 20, No. 11. P. 239-255.
5. Bogdanoff S.M., Kepler C.E. Separation of a supersonic turbulent boundary layer // J. Aero. Sci. June 1955. Vol., No. 6. P. 414-430.
6. Chapman D.R., Kuehn D.M., Larson H.K. Investigation of separated flows in supersonic and subsonic streams with emphasis on the effect of transition // NACA Rep. 1958. No. 1356. 40 p.
7. Erdos J., Pallone A. Shock-boundary layer interaction and flow separation // Proc. Of the Heat Transfer and Fluid Mech. Institute. 1962.
8. Nash J.F. An analysis of two-dimensional base flow including the effect of the approaching boundary layer // ARC RM. 1963. No. 3344. 39 p.
9. Bushnell D.M., Weinstein L.M. Correlation of peak heating for reattachment of separation flows // J. Spacecreaft. 1968. Vol. 5, No. 9.
10. Чжен П. Отрывные течения. М.: Мир, 1972. 916 с.
11. Holden S.M. Boundary layer displacement and leading edge bluntness effects on attached and separated laminar boundary layers in compression corner. Part II: experimental study // AIAA Journal. 1971. No. 1. P. 84-93.
12. Coleman G.T., Stollery J.L. Heat transfer from hypersonic turbulent flow at wedge compression corner // Journal of Fluid Mechanic. 1972. Vol. 56, No. 4. P. 741-752.
13. Knight D., Yan H., Panaras A.G., Zheltovodov A. Advances in CFD prediction of shock wave turbulent boundary layer interactions // Progr. in Aerospace Sci. 2003. Vol. 39, No. 2-3. P. 121-184.
14. Cheng H.K., Hall J.G., Golian T.C., Hertzberg A. Boundary-layer displacement and leading-edge bluntness effects in high-temperature hypersonic flow // J. Aerospace Sci. 1961. Vol. 28, No. 5. P. 353-381.
15. Тетерин М.П. Исследование течения газа в области падения скачка уплотнения на цилиндр, обтекаемый потоком большой сверхзвуковой скорости // Изв. АН СССР. МЖГ. 1967. №2. С. 143-147.
16. Тетерин М.П. Исследование течения газа и теплопередачи в области падения скачка уплотнения на цилиндр, обтекаемый потоком большой сверхзвуковой скорости // Изв. АН СССР. МЖГ. 1967. № 3. С. 92-97.
17. Войтенко Д.М., Зубков А.И., Панов Ю.А. Обтекание цилиндрического препятствия на пластине сверхзвуковым потоком газа // Изв. АН СССР. МЖГ. 1966. № 1. С. 121-125.
18. Войтенко Д.М., Зубков А.И., Панов Ю.А. Обтекание наклонного препятствия сверхзвуковым потоком // Изв. АН СССР. МЖГ. 1969. № 6. С. 149-153.
19. Авдуевский В.С., Медведев К.И. Физические особенности течения в трехмерных отрывных зонах // Тепло-массоперенос. Т. 1. М.: Изд-во «Энергия», 1968. С. 140-147.
20. Edney B. The effects of shock impingement on the heat transfer around blunt bodies at M equal 4.6 and 7 // 2nd Aerodynamic Testing Conference. 1966.
21. Edney B. Anomalous heat transfer and pressure distributions on blunt bodies at hypersonic speeds in the presence of an impinging shock // Aeron. Res. Institute of Sweden. 1968. Report №115. 93 p.
22. Edney B. Effects of shock impingement on the heat transfer around blunt bodies // AIAA J. 1968. Vol. 6, No. 1. P. 15-21.
23. Hains F.D., Keyes J.W. Shock interference heating in hypersonic flows // AIAA J. 1973. Vol. 10, No. 11. P. 1441-1447.
24. Keyes J.W., Hains F.D. Analytical and experimental studies of shock interference heating in hypersonic flows // NASA TN D-1739. 1973. 137 p.
25. Wieting A.R., Holden M.S. Experimental shock-wave interference heating on a cylinder at Mach 6 and 8 // AIAA J. 1989. Vol. 27, No. 11. P. 1557-1565.
26. Holden M., Kolly J. Measurements of heating in regions of shock/shock interaction in hypersonic flow // AIAA. Paper 95-0640. Jan. 1995.
27. Росляков Г.С., Старых А.Л., Усков В.Н. Интерференция стационарных скачков уплотнения одного направления // Изв. АН СССР. МЖГ. 1987. №4. С. 143-152.
28. Шманенкова Г.А. О взаимодействии внешнего скачка уплотнения с затупленным телом в гиперзвуковом потоке // Изв. АН СССР. МЖГ. 1976. № 1. С. 97-103.
29. Землянский Б.А., Лесин А.Б., Лунев В.В., Шманенкова Г.А. Об интерференции косых скачков уплотнения одного семейства в гиперзвуковом потоке // Изв. АН СССР. МЖГ. 1982. № 5. С. 134-138.
30. Borovoy V. Ya., Chinilov A. Yu., Gusev V.N., Struminskaya I.V., Delery J., Chanetz B. Interference between a cylindrical bow shock and a plane oblique shock // AIAA Journal. 1997. Vol. 35, No. 11. P. 1721-1728.
31. Боровой В.Я., Струминская И.В. Теплообмен на цилиндре, обтекаемом гиперзвуковым потоком, в зоне падения скачка уплотнения // Изв. АН СССР. МЖГ. 1991. №3. С. 117-123.
32. Albertson C.W., Venkat V.S. Shock interaction control for scramjet cowl leading edges // AIAA 2005-3289, January 2005.
33. Glass C.E. Computer Program to Solve Two-Dimensional Shock-Wave Interference Problems with an Equilibrium Chemically Reacting air Model // NASA-TM-4187, August 1990.
34. Wieting A.R., Holden M.S. Experimental Study of Shock Wave Interference Heating on a Cylindrical Leading Edge at Mach 6 and 8 // AIAA Paper 87-1511, June 1987.
35. Holden M.S., Wieting A.R., Moselle J.R., Glass C.E. Studies of Aerothermal Loads Generated in Regions of Shock/Shock Interaction in Hypersonic Flow // AIAA Paper 88-0477, January 1988.
36. Wieting A.R. Multiple Shock/Shock Interference on a Cylindrical Leading Edge // AIAA Paper 91-1800, June 1991.
37. Keyes J.W., Hains F.D. Analytical and Experimental Studies of Shock Interference Heating in Hypersonic Flow // NASA-TN-D-7139, May 1973.
38. Thornton E.A., Pramote E. A Taylor Galerkin Finite Element Algorithm for Transient Nonlinear Thermal-Structural Analysis // AIAA Paper 86-0911, 1986.
39. Glass C.E., Holden M.S., Wieting, A.R. Effect of Leading Edge Sweep on Shock/Shock Interference at Mach 8 // AIAA Paper 89-0271, January 1989.
40. Котов М.А., Крюков И.А., Рулева Л.Б., Солодовников С.И., Суржиков С.Т. Обтекание моделей гиперзвуковых летательных аппаратов и простых геометрических форм в гиперзвуковой ударной аэродинамической трубе // Инженерный журнал: наука и инновации. 2016. Т. 57, вып. 9.
41. Котов М.А., Рулева Л.Б., Солодовников С.И., Суржиков С.Т. Обтекание сферических и конических объектов в гиперзвуковой ударной аэродинамической трубе // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2014. Т.15, вып. 1.
42. Котов М.А., Крюков И.А., Рулева Л.Б., Солодовников С.И., Суржиков С.Т. Обтекание цилиндра с клином в гиперзвуковой ударной аэродинамической трубе // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2015. Т.16, вып. 4.
43. Borovoy V.Y., Skuratov, A.S., Struminskaya, I.V. On the existence of a threshold value of the plate bluntness in the interference of an oblique shock with boundary and entropy layers // Fluid Dyn. 2008. Vol. 43. P. 369–379.
44. Боровой В.Я., Скуратов А.С., Струминская И.В. О существовании «пороговой» величины затупления пластины при интерференции косого скачка уплотнения с пограничным и энтропийным слоями // Механика жидкости и газа. 2008. Т. 43, вып. 3. С. 41-52.
45. Borovoi V.Y., Egorov I.V., Skuratov A.S., Struminskaya, I.V. Interaction between an Inclined Shock and Boundary and High-Entropy Layers on a Flat Plate // Fluid Dyn. 2005. Vol. 40. P. 911–928.
46. Боровой В.Я., Егоров И.В., Скуратов А.С., Струминская И.В. Взаимодействие косого скачка уплотнения с пограничным и высокоэнтропийным слоями плоской пластины // Механика жидкости и газа. 2005. Вып. 6. С. 89-108.
47. Котов М.А., Крюков И.А., Рулева Л.Б., Солодовников С.И., Суржиков С.Т. Расчетно-экспериментальное исследование структуры гиперзвукового потока в плоском канале сложной конфигурации // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2015. Т. 100, вып. 1.
48. Surzhikov S.T. Numerical Simulation of Shock-Wave Interaction with a Laminar Boundary Layer in a Hypersonic Flow around Models with a Kink in the Generatrix // Fluid Dyn. 2022. Vol. 57. P. 97–116.
49. Суржиков С.Т. Численное моделирование ударно-волнового взаимодействия с ламинарным пограничным слоем при гиперзвуковом обтекании моделей с изломом образующей // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2019. Т. 20, вып. 4.
50. Яцухно Д.С. Численные аспекты моделирования маховского отражения при нестационарном обтекании угла сжатия // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2025. Т. 26, вып. 8.
51. Суржиков С.Т. Численная интерпретация экспериментальных данных по аэродинамике модели HB-2 с использованием компьютерных кодов USTFEN и PERAT-3D // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2020. Т. 21, вып. 1.
52. Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. Применение метода расщепления по физическим процессам для расчета гиперзвукового обтекания пространственной модели летательного аппарата сложной формы. // ТВТ. 2013. Т. 51, вып. 6. С. 897–911.
53. Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. Расчет гиперзвукового обтекания тел сложной формы на неструктурированных тетраэдральных сетках с использованием схемы AUSM // ТВТ. 2014. Т. 52, вып. 2. С. 283−293.
54. Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике. – М.: Наука, 1982. 391 с.
55. Kim K.H., Kim C., Rho O.H. Methods for the Accurate Computations of Hypersonic Flows I. AUSMPW+ Scheme. // Journal of Computational Physics. 2001. Vol. 174, №1. P. 38-80.
56. Liou M.S., Steffen C.J. A new flux splitting scheme // Journal of Computational physics. 1993. Vol. 107, №1. P. 23–39.
57. Kim K.H., Kim C., Rho O.H. Methods for the Accurate Computations of Hypersonic Flows I. AUSMPW+ Scheme. // Journal of Computational Physics. 2001. Vol. 174, №1. P. 38-80.
58. Сильвестров П.В. Определение аэродинамических характеристик перспективных летательных аппаратов с использованием комплекса авторских компьютерных кодов: диссертация ... кандидата физико-математических наук: 01.02.05 // Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского Российской академии наук. – Москва, 2021. – 257 с.: ил.
59. Borovoy V.Ya., Chinilov A.Yu., Gusev V.N., Struminskaya I.V., Delery J., Chanetz B. Interference between a cylindrical bow shock and a plane oblique shock // AIAA J. 1997. V. 35, №11. P. 1721-1728.
60. Боровой В.Я., Бражко В.Н., Егоров И.В., Зайцев Е.Г., Скуратов А.С. Диагностика и численное моделирование течения в гиперзвуковых аэродинамических трубах импульсного действия // Ученые записки ЦАГИ. 2013. №5.
61. Borovoy V., Mosharov V., Noev A., Radchenko V. Temperature sensitive paint application for investigation of boundary layer transition in short-duration wind tunnels // EUCASS Proceedings Series – Advances in AeroSpace Sciences. 2012. №3. P. 15–24.
62. Vaganov A., Noev A., Radchenko V., Skuratov A., Shustov A. Laminar-turbulent transition reversal on blunt ogive body of revolution at hypersonic speeds // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 2020. Vol. 234, №1. P. 102–108.
63. Бирюков Э.С. Измерение параметров торможения в гиперзвуковом потоке // Труды Всероссийской научно-технической конференции «Студенческая весна 2012: Машиностроительные технологии». – М.: МГТУ им. Н.Э Баумана. 2012.
64. Fenster S.J. Stagnation-Point Heat Transfer for a New Binary Air Model Including Dissociation and Ionization // AIAA J. 1965. Vol. 3. № 12. P. 2189–2196.
65. Суржиков С.Т. Теплообмен и ионизация при неравновесном обтекании затупленной пластины гиперзвуковым потоком // Изв. РАН. МЖГ. 2021. №6. С. 109–124.
66. Gaitonde D.V., Miller J.H. Numerical Exploration of Shock Interaction Control with Plasma-based Techniques // AIAA 2003-3483. 2003.
67. Kandala R., Candler G.V. Numerical Studies of Laser-Induced Energy Deposition for Supersonic Flow Control // AIAA Journal. 2004. Vol. 42, No. 11.
68. Nowak R.J., Holden M.S., Wieting A.R. Shock/Shock Interference on a Transpiration Cooled Hemispherical Model // AIAA Paper 90-1643. 1990.
69. Beckwith I.E., Bushnell D.M. Effect of Intermittent Water Injection on Aerodynamic Heating of a Sphere-Cone at Flight Velocities to 18,000 feet per second // NASA TM X-1128. 1965.
70. Nowak R.J. Gas-Jet and Tangent-Slot Film Cooling Tests of a 12.5 degree Cone at Mach Number 6.7 // NASA TP 2786. 1988.
71. Warren C.H. An Experimental Investigation of the Effect of Ejecting a Coolant Gas at the Nose of a Bluff Body // J. Fluid Mech. 1960. Vol. 8, №3. P. 400-417.
72. Love E.S. The Effects of a Small Jet of Air Exhausting from the Nose of a Body of Revolution in a Supersonic Flow // NACA-RM-L52I19a. 1952.
73. Reding J.P., Jecman D.M. Drag Reduction via Hot Gas Injection // Lockheed Missiles and Space Company, TM-81-11/337. 1985.
74. Pamadi B.N. Forebody Drag Reduction // AIAA Journal. 1981. Vol. 19, №10. P. 1370-1372.
75. Bushnell D.M., Huffman J.K. Forward Penetration of Liquid Water and Liquid Nitrogen Injected from an Orifice at the Stagnation Point of a Hemispherically Blunted Body in Hypersonic Flow // NASA TM X-1493. 1968.
76. Romeo D.J., Sterrett J.R. Exploratory Investigation of the Effect of a Forward-Facing Jet on the Bow Shock of a Blunt Body in a Mach Number 6 Free Stream // NASA TN D-1605. 1963.
77. Prabhu R.K., Wieting A.R., Tharaja R.R. Computational Studies of a Fluid Spike as a Leading Edge Protection Device for Shock/Shock Interference Heating // AIAA Paper 91-1734. 1991.
78. Ишин Д.В. Использование электромагнитных актюаторов в аэродинамике // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2023. Т.24, вып. 6.