VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Компьютерное моделирование позволяет при помощи инженерных методов быстро проводить анализ аэродинамических характеристик летательных аппаратов [1, 2]. В работе предлагается создание инженерной программы определения основных аэродинамических характеристик разных формы тел. В работе представлены аэродинамические расчеты компоновок возвращаемого летательного аппарата (ВЛА) типов «Клипер, модель ЦАГИ» с помощью локального метода при различных числах Рейнольдса.

В данной работе используются выражения для элементарных сил давления и трения в форме работы [3].

, .

Здесь коэффициенты p₀, p₁, ₀ (коэффициенты режима течения) зависят от числа Рейнольдса Re₀ = _V_L/₀, в котором коэффициент вязкости ₀ вычисляется при температуре торможения T₀. Кроме числа Рейнольдса наиболее важным параметром является температурный фактор t_w= T_w/T₀, где T₀, T_w – температура торможения и температура поверхности.

Зависимость коэффициентов режима в гиперзвуковом случае должна обеспечивать переход к свободномолекулярным значениям при Re₀→0 и значением теории Ньютона, методов тонких касательных клиньев или конусов при Re₀→∞. На основе анализа расчетных и экспериментальных данных предложены эмпирические формулы

, ,

.

Здесь

, , , .

где h – относительные поперечные размеры аппарата, равный отношению его высоты к длине.

Представлены результаты расчета коэффициентов силы сопротивления, подъемной, момента тангажа для возвращаемого летательного аппарата вариантов «Клипер ЦАГИ [4, 5]». Расчеты проводились с использованием локального метода в диапазоне углов атаки  от 0 до 90 с шагом 5. Параметры задачи были следующие: отношение теплоемкостей  = 1.4; температурный фактор t_w = T_w/T₀ = 0.1; число Рейнольдса Rе₀ = 0, 10, 10², 10⁴. На рис. (2, 3) представлены зависимости C_x(), C_y(), m_z() при различных значениях числа Рейнольдса. На рис. 2 видно, что с увеличением числа Рейнольдса коэффициент сопротивления тела уменьшается (что можно объяснить уменьшением нормальных и касательных напряжений p₁(Re₀) и ₀(Rе₀)).

Рис. 2. Зависимость C_x() и C_y() при различных числах Rе₀ (t_w = 0.1) для ВЛА «Клипер»

При больших числах Рейнольдса Re₀ ≥ 10⁶ характеристики почти не изменяются. Зависимость C_y() растает с увеличением числа Рейнольдса (что можно объяснить увеличением нормальных и касательных напряжений p₁(Re₀) и ₀(Rе₀)). Значения m_z () весьма чувствительны к изменению числа Рейнольдса. С увеличением числа Рейнольдса, m_z() меньше нулю при Re₀ ~ 10³. Проведен анализ расчета аэродинамических характеристик гиперзвуковых летательных аппаратов в потоке разреженного газа методом по гипотезе локальности с привлечением полуэмпирических теорий. Представлен сравнение результатов расчета локальным методом аэродинамических характеристик возвращаемого летательного аппарата «Клипер» в переходном режиме при различных значениях числа Рейнольдса Re₀.

Рис. 3. Зависимость m_z() при различных числах Rе₀ (t_w = 0.1) для «Клипер ЦАГИ»

Таким образом, локальный метод в переходном режиме дает хорошие результаты для широкого класса тел. Полученные результаты могут быть полезны для будущего проектирования возвращаемого летательного аппарата. Работа выполнена при поддержке РФФИ (Грант № 14-07-00564-а).

Список литературы

1. Хлопков Ю. И., Чернышев С.Л., Зея Мьо Мьинт, Хлопков А. Ю. Введение в специальность II. Высокоскоростные летательные аппараты.– М.: МФТИ, 2013. – 192 с.

2. Белоцерковский О.М., Хлопков Ю.И. Методы Монте-Карло в механике жидкости и газа. – М.: Азбука, 2008.

3. Галкин В.С., Ерофеев А.И., ТолстыхА.И. Приближенный метод расчета аэродинамических характеристик тел в гиперзвуковом разреженном газе. // Труды ЦАГИ. – 1977. – Вып. 1833.

4. Зея Мьо Мьинт, Чжо Зин Расчет аэродинамических характеристик летательного аппарата в высокоскоростном потоке разреженного газа // Труды МАИ. 2010, № 40, 19 c.

5. Зея Мьо Мьинт, Хлопков А.Ю., Чжо Зин, Тху Eйн Тун Использование локального метода для расчета аэродинамических характеристик гиперзвуковых летательных аппаратов в переходном режиме // Труды МАИ. 2012, № 53, 13 с.

6. Хлопков Ю.И., Зея Мьо Мьинт, Хлопков А.Ю., Чжо Зин, Засыпалов В.В. Исследование аэродинамики перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов // Материалы международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы и тенденции развития биологии, химии, физики».- Новосибирск, Изд. Сибирская ассоциация консультантов, 2012. с. 98-103

Код для цитирования: Скопировать