Журналов:     Статей:        

Аэрокосмический научный журнал. 2015; 1: 18-30

Сравнительная оценка двух способов определения нестационарных аэродинамических характеристик цилиндрических моделей отделяемых частей ракет-носителей космического назначени

Хлупнов А. И., Галактионов А. Ю.

https://doi.org/10.7463/aersp.0115.0777623

Аннотация

В интересах успешного разрешения проблемы сокращения полей падения отработавших ступеней ракет-носителей космического (РКН) назначения рассмотрены вопросы определения их нестационарных аэродинамических характеристик, с использованием возможностей вычислительной аэрогазодинамики (ВАГД - CFD). Отработавшие ступени РКН схематизированы в виде цилиндрических моделей сравнительно большого удлинения, что позволило рассмотреть возможность использования методов прямого численного моделирования нестационарного обтекания в рамках полных уравнений Навье-Стокса и метода искривленных тел для определения аэродинамических коэффициентов демпфирования отмеченного объекта исследования преимущественно для сверхзвуковых режимов. В качестве научного инструмента исследования были выбраны два способа использования математических моделей высокого уровня для аэродинамического расчета (программ для аэродинамического расчета, разработанных авторами и пакета программ FineOpen (фирма Numeca)). Достоверность подтверждена сравнением с известными теоретическими и экспериментальными зависимостями.
Список литературы

1. Соловьев В.А., Лысенко Л.Н., Любинский В.М. Управление космическими полетами. М.: МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2010. В 2 ч. Ч. 2. 430 с.

2. Дмитриевский А.А., Лысенко Л.Н. Внешняя баллистика: учебник для вузов. М.: Машиностроение, 2005. 608 с.

3. Хлупнов А.И., Галактионов А.Ю. Численный расчет нестационарных аэродинамических характеристик цилиндрических моделей в условиях сверхзвукового ламинарного обтекания // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2015. № 3. С. -

4. Галактионов А.Ю., Антипова М.С. Использование возможностей пакетов программного обеспечения NUMECA для расчета нестационарных аэродинамических характеристик цилиндрических моделей в рамках гипотезы искривленных тел //Вестник МГУЛ. 2015. №4. (подано в печать).

5. Гуджиенко Г.А. Метод искривленных моделей и применение его к изучению криволинейного полёта воздушных кораблей // Труды ЦАГИ. 1934. № 182. С. -

6. Лебедев А.А. Чернобровкин Л.С. Динамика полета летательных аппаратов: учебное пособие для вузов / под общей ред. А.А. Лебедева. М.: Машиностроение, 1973. 616 с.

7. Лунев В.В. Метод искривленных тел в задачах нестационарного гиперзвукового обтекания тонких тел // Известия АН СССР, Механика жидкости и газа. 1968. № 5. С. 64-75.

8. Кудрявцева Н.А., Табачников В.Г., Фурсов М.К. Атлас стационарных и нестационарных аэродинамических характеристик крыльев различной формы в плане со сверхзвуковыми кромками / под общей ред. С.М. Белоцерковского. М.: ЦАГИ, 1965. 350 с.

9. Петров К.П. Аэродинамика тел простейшей формы. М.: Факториал, 1998. 432 с.

10. Антонец А.В. Определение нестационарных аэродинамических характеристик путем расчетов стационарного обтекания летательных аппаратов с видоизмененной формой поперечных сечений. М.: Известия академии наук. Механика жидкости и газа, 2003. C. 23 – 28.

11. Галактионов А.Ю.. Численный расчет продольного демпфирования тела вращения малого удлинения при сверхзвуковом обтекании // Вестник МГУЛ. № 3. 2015. С. -

12. Липницкий Ю.М., Галактионов А.Ю. Численное моделирование нестационарных аэродинамических характеристик затупленного конуса в рамках полных уравнний Навье-Стокса // Космонавтика и ракетостроение. 2006. № 3. С.23-28.

Aerospace Scientific Journal. 2015; 1: 18-30

Comparative Evaluation of the Two Methods of Determining the Unsteady Aerodynamic Characteristics of Cylindrical Patterns Separated Parts of Launch Vehicles for Space Purposes

Khlupnov A. I., Galaktionov A. Yu.

https://doi.org/10.7463/aersp.0115.0777623

Abstract

Ecology and security clearance of cargo into Earth orbit space considered in unsteady
aerodynamics of the separated parts of of launch vehicles for space applications, which directly involves the definition of the shape and size of fields separated by falling parts, fragmentation issues and software problems aeroballistic reusable space systems (such as "Baikal" (Russian Federation), Falcon - Task 1 (USA) and others.).
To resolve the methodological issues determining the value of the aerodynamic damping (and / or anti-damping) separable parts as the object of study was chosen cylindrical model as a bluff body for which there are no systematic dependence of unsteady aerodynamic coefficients pitch moment of defining the parameters of the problem (the Mach number, angle of attack, Reynolds number, etc.).
The value of the derivative of pitching moment coefficient of the angular velocity
determined numerically for the most intense stress of supersonic flight mode as the method of curved bodies, and direct numerical simulation of unsteady motion of the body in the air flow within the full Navier-Stokes equations.
Comparison of these two approaches implemented as a tool for scientific research in the
form of a software package FineOpen (products of the Company Numeca) and programs for solving the Navier-Stokes equations (the author's version) helped establish the limits of applicability of the curved bodies in the implementation of the marked change in the form of slots defining parameters of the problem.
References

1. Solov'ev V.A., Lysenko L.N., Lyubinskii V.M. Upravlenie kosmicheskimi poletami. M.: MGTU im. N.E. Baumana, 2010. V 2 ch. Ch. 2. 430 s.

2. Dmitrievskii A.A., Lysenko L.N. Vneshnyaya ballistika: uchebnik dlya vuzov. M.: Mashinostroenie, 2005. 608 s.

3. Khlupnov A.I., Galaktionov A.Yu. Chislennyi raschet nestatsionarnykh aerodinamicheskikh kharakteristik tsilindricheskikh modelei v usloviyakh sverkhzvukovogo laminarnogo obtekaniya // Vestnik MGTU im. N.E. Baumana. 2015. № 3. S. -

4. Galaktionov A.Yu., Antipova M.S. Ispol'zovanie vozmozhnostei paketov programmnogo obespecheniya NUMECA dlya rascheta nestatsionarnykh aerodinamicheskikh kharakteristik tsilindricheskikh modelei v ramkakh gipotezy iskrivlennykh tel //Vestnik MGUL. 2015. №4. (podano v pechat').

5. Gudzhienko G.A. Metod iskrivlennykh modelei i primenenie ego k izucheniyu krivolineinogo poleta vozdushnykh korablei // Trudy TsAGI. 1934. № 182. S. -

6. Lebedev A.A. Chernobrovkin L.S. Dinamika poleta letatel'nykh apparatov: uchebnoe posobie dlya vuzov / pod obshchei red. A.A. Lebedeva. M.: Mashinostroenie, 1973. 616 s.

7. Lunev V.V. Metod iskrivlennykh tel v zadachakh nestatsionarnogo giperzvukovogo obtekaniya tonkikh tel // Izvestiya AN SSSR, Mekhanika zhidkosti i gaza. 1968. № 5. S. 64-75.

8. Kudryavtseva N.A., Tabachnikov V.G., Fursov M.K. Atlas statsionarnykh i nestatsionarnykh aerodinamicheskikh kharakteristik kryl'ev razlichnoi formy v plane so sverkhzvukovymi kromkami / pod obshchei red. S.M. Belotserkovskogo. M.: TsAGI, 1965. 350 s.

9. Petrov K.P. Aerodinamika tel prosteishei formy. M.: Faktorial, 1998. 432 s.

10. Antonets A.V. Opredelenie nestatsionarnykh aerodinamicheskikh kharakteristik putem raschetov statsionarnogo obtekaniya letatel'nykh apparatov s vidoizmenennoi formoi poperechnykh sechenii. M.: Izvestiya akademii nauk. Mekhanika zhidkosti i gaza, 2003. C. 23 – 28.

11. Galaktionov A.Yu.. Chislennyi raschet prodol'nogo dempfirovaniya tela vrashcheniya malogo udlineniya pri sverkhzvukovom obtekanii // Vestnik MGUL. № 3. 2015. S. -

12. Lipnitskii Yu.M., Galaktionov A.Yu. Chislennoe modelirovanie nestatsionarnykh aerodinamicheskikh kharakteristik zatuplennogo konusa v ramkakh polnykh uravnnii Nav'e-Stoksa // Kosmonavtika i raketostroenie. 2006. № 3. S.23-28.