On the place of sonic points in a critical flow

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Stationary irrotational barotropic gas flows are investigated on the basis of the analysis of three-dimensional Euler equations. Critical flows in the article are those in which the Mach number is everywhere less than or equal to one, and at least at one point the Mach number reaches one. In 1954, D. Gilbarg and M. Shiffman showed that if an internal (not lying on the streamlined surface) sonic point exists in a critical flow, then it lies on a flat sonic surface, which at all its points is perpendicular to the gas velocity vector and cannot end inside the flow (theorem about the sonic point). Using this theorem, D. Gilbarg and M. Shiffman obtained a conclusion that is important for the problems of maximizing the critical Mach number. It consists in the fact that in a critical flow for a wide class of bodies in flow, sonic points can be located only on its surface. This conclusion is essentially used in constructing the shapes of streamlined bodies with the maximum value of the critical Mach number (for given isoperimetric conditions).

In this paper, the question of the curvature of streamlines at the internal sonic points of critical flows is considered. It is shown that this curvature is zero. The result is a new necessary condition for the existence of an interior sonic point (and sonic surface). It consists in the fact that at the point of intersection with the sonic surface, the normal curvature of the streamlined surface in the direction normal to the sonic surface should be equal to zero. Examples of streamlined bodies are given for which the theorem by D. Gilbarg and M. Shiffman (on the sonic point) does not answer the question of the location of the sonic points, at the same time a new necessary condition makes it possible to prove that the existence of internal sonic points in a critical flow around these bodies is impossible.

About the authors

Aleksandr I. Besportochny

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Email: Alex1965-10@yandex.ru
ORCID iD: 0000-0002-1677-4604
Scopus Author ID: 57406584600
http://www.mathnet.ru/person171775

Cand. Phys. & Math. Sci.; Associate Professor; Dept. of Higher Mathematics

9, Institutskiy per., Dolgoprudny, Moscow region, 141701, Russian Federation

Alexandr N. Burmistrov

Moscow Institute of Physics and Technology (National Research University)

Author for correspondence.
Email: a.burmistrov1@gmail.com
ORCID iD: 0000-0003-3862-7936
Scopus Author ID: 57406496700
http://www.mathnet.ru/rus/person177742

Cand. Phys. & Math. Sci.; Associate Professor; Dept. of Higher Mathematics

9, Institutskiy per., Dolgoprudny, Moscow region, 141701, Russian Federation

References

  1. Petrov K. P. Aerodinamika elementov letatel’nykh apparatov [Aerodynamics of Aircraft Components]. Moscow, Mashinostroenie, 1985, 272 pp. (In Russian)
  2. Gilbarg D., Shiffman M. On bodies achieving extreme value of the critical Mach number. I, Indiana Univ. Math. J., 1954, vol. 3, no. 2, pp. 209–230. https://doi.org/10.1512/iumj.1954.3.53010
  3. Brutyan M. A., Lyapunov S. V. Optimization of the shape of symmetric plane bodies with the aim to increase the critical Mach number, Uchen. Zap. TsAGI, 1981, vol. 12, no. 5, pp. 10–22 (In Russian).
  4. Vyshinsky V. V. Influence of the elongation of the cylindrical section on the drag of the fuselage at transonic flight speeds, Uchen. Zap. TsAGI, 1985, vol. 16, no. 3, pp. 110–113 (In Russian).
  5. Kraiko A. N. Planar and axially symmetric configurations which are circumvented with the maximum critical Mach number, J. Appl. Math. Mech., 1987, vol. 51, no. 6, pp. 723–730. https://doi.org/10.1016/0021-8928(87)90131-6
  6. Vyshinsky V. V., Kuznetsov E. N. Investigation of bow parts of bodies of revolution with the Ryabushinsky generatrix, Uchen Zap. TsAGI, 1992, vol. 23, no. 1, pp. 3–8 (In Russian).
  7. Barinov V. A., Bolsunovsky A. L., Buzoverya N. P., Kuznetsov E. N., Skomorokhov S. I., Chernyshev I. L. Study on the model of the near-sonic aircraft with the Ryabushinsky nose part of the fuselage, Dokl. Phys., 2007, vol. 52, no. 4, pp. 553–555. https://doi.org/10.1134/S1028335807100102
  8. Sizykh G. B. Entropy value on the surface of a non-symmetric convex bow part of a body in the supersonic flow, Fluid Dyn., 2019, vol. 54, pp. 907–911. https://doi.org/10.1134/S0015462819070139
  9. Petrov A. G., Yudin M. A. On cylinder dynamics in bounded ideal fluid flow with constant vorticity, Fluid Dyn., 2019, vol. 54, no. 7, pp. 898–906. https://doi.org/10.1134/S0015462819070127
  10. Sizykh G. B. System of orthogonal curvilinear coordinates on the isentropic surface behind a detached bow shock wave, Fluid Dyn., 2020, vol. 55, no. 7, pp. 899–903. https://doi.org/10.1134/S0015462820070095
  11. Mironyuk I. Yu., Usov L. A. The invariant of stagnation streamline for a stationary vortex flow of an ideal incompressible fluid around a body, Vestn. Samar. Gos. Tekhn. Univ., Ser. Fiz.-Mat. Nauki [J. Samara State Tech. Univ., Ser. Phys. Math. Sci.], 2020, vol. 24, no. 4, pp. 780–789. https://doi.org/10.14498/vsgtu1815
  12. Sizykh G. B. Maximum principle for subsonic flow with variable entropy, Civil Aviation High Technologies, 2017, vol. 20, no. 2, pp. 74–82 (In Russian).
  13. Mironyuk I. Yu., Usov L. A. Stagnation points on vortex lines in flows of an ideal gas, Proc. of MIPT, 2020, vol. 12, no. 4, pp. 171–176 (In Russian).
  14. Vyshinsky V. V., Sizykh G. B. Verification of the calculation of stationary subsonic flows and presentation of results, In: Smart Modeling for Engineering Systems, GCM50 2018. Smart Innovation, Systems and Technologies, vol. 133. Cham, Springer, 2019, pp. 228–235. https://doi.org/10.1007/978-3-030-06228-6_19
  15. Markov V. V., Sizykh G. B. Existence criterion for the equations solution of ideal gas motion at given helical velocity, Izv. VUZ. Applied Nonlinear Dynamics, 2020, vol. 28, no. 6, pp. 643–652 (In Russian). https://doi.org/10.18500/0869-6632-2020-28-6-643-652
  16. Ovsyannikov L. V. Lektsii po osnovam gazovoi dinamiki [Lectures on the Basics of Gas Dynamics]. Moscow, Izhevsk, Institute of Computer Studies, 2003, 336 pp. (In Russian)

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML

Copyright (c) 2021 Authors; Samara State Technical University (Compilation, Design, and Layout)

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

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».