Метод Гельмгольца–Кирхгофа и граничное управление при обтекании плоским потоком
А. С. Демидов Московский государственный университет им. М. В. Ломоносова
Аннотация:
Как описать вихревые особенности за обтекаемым препятствием
$S$, их зависимость, а потому и зависимость функционалов течения (таких, например, как сила сопротивления) от параметров, определяющих границу
$\partial S$ препятствия и/или характеристики течения на
$\partial S$? Предлагаемый новый подход в изучении этих вопросов для случая плоского потенциального течения несжимаемой жидкости базируется на идеях метода Гельмгольца–Кирхгофа и уравнении Эйлера
$d\vec V/dt=\nabla p$ в предположении, что течение имеет точечные вихри, сосредоточенные в искомых центрах
$z_k^*$, в которых потенциал
$u$ скорости
$\vec V=\overline{dw}/dz$ (
$w=u+iv\in\mathbb C$,
$z=x+iy$) имеет особенность, пропорциональную
$\mathrm{arg}(z-z_k^*)$. В случае
$K$-звенного полигонального препятствия и (так или иначе выбранного) числа
$L$ учитываемых в расчёте точечных вихрей течение восстанавливается по так называемым
характерным значениям потенциала. Будучи компонентами искомой вектор-функции
$$
\sigma\colon t\mapsto(\sigma_1(t),\ldots,\sigma_M(t))\in\mathbb R^M,
\ \ \text{где}\ \ M =M(K,L),
$$
они связаны некоторыми функциональными соотношениями (отражающими геометрические характеристики препятствия, интенсивность вихрей, частоту их срыва с препятствия и т. п.). В этих соотношениях фигурирует функция Гельмгольца–Кирхгофа
$\ln(dz/dw)$, заданная на
$L$-листной римановой поверхности
$Q=Q(\sigma)\ni w$. Эта поверхность, а также граничные условия для функции
$\ln(dz/dw)$ параметризованы функцией
$\sigma$ и заданным на
$\partial S$ управлением. Что же касается давления
$p$, то оно определяется из интеграла Коши–Лагранжа для уравнения Эйлера.
Ключевые слова:
граничное управление, точечные вихри, уравнение Эйлера, метод Гельмгольца–Кирхгофа.
УДК:
519.977+
517.54