Моделирование газовых потоков около поверхности гиперзвуковых летательных аппаратов методом начального аналитического приближения

• Автор: Котенев, Владимир Пантелеевич
• Шифр специальности: 05.13.18, 05.07.01
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 222 с. : ил.

Содержание
Введение
Глава 1. Разработка метода начального аналитического приближении НАП для моделирования газовых потоков в окрестности летательных аппаратов ЛА

1.1. Полная система уравнений и граничные условия

1.2. Описание метода НАП

1.2.1. Общая концепция метода

1.2.2. Основные этапы метода НАП

1.3. Построение начального приближения

1.3.1. Теория двумерных течений газа в динамических переменных

1.3.2. Расчет давления при небольших углах наклона поверхности тела к набегающему потоку

1.3.3. Способ построения головной ударной волны

1.3.4. Разложение в ряд двухточечных скалярных произведений
1.3.5. Аналогия систем уравнений газовой динамики и несжимаемой жидкости
1.3.6. Применение разложения в ряд по приращению давления для продвижения решения вдоль линии тока
1.3.7. Переход к пространственным течениям
1.4. Разностный метод решения исходной нестационарной 3х мерной задачи в дозвуковой области
1.5. Построение решения в сверхзвуковой части потока
1.5.1.Уравнения газовой динамики в строго консервативной форме
1.5.2. Системы координат, используемые в задачах обтекания
1.5.3. Построение разностных схем в сверхзвуковой области
Глава 2. Результаты численного моделирования газовых Стр. потоков методом НАП
2.1. Расчет обтекания затупленных тел в дозвуковой части потока
2.2. Пример обтекания тела с изломами образующей
2.3. Применение модели равновеснодиссоциирующего
воздуха РДВ
2.4. Влияние химических реакций в ударном слое на аэродинамические характеристики
Глава 3. Численное моделирование методом НАП течений газа около поверхности ЛА в рамках уравнений НавьеСтокса
3.1. Общая постановка задачи
3.2. Методика построения разностного решения задачи
3.3. Основные уравнения в криволинейных координатах
3.4. Особенности применения метода НАП для системы уравнений НавьеСтокса
3.5. Анализ результатов
Выводы и заключение
Литература


В данной работе разработан новый метод начального аналитического приближения (ПАП) для расчета параметров на поверхности тел, обтекаемых потоком газа. Этот метод сочетает простоту приближенных подходов и точность строгих численных и аналитических решений. Разработан программный комплекс, реализующий метод НАП для расчета обтекания осесимметричных затупленных тел и для специальных типов пространственных компоновок. Численно решены задачи обтекания поверхностей гиперзвуковых ЛА, имеющих важное прикладное значение. Предложены формы записи уравнений газовой динамики в строго консервативной форме. Практическая ценность. Рассматриваемый в диссертации подход к решению задачи пространственного сверхзвукового обтекания и разработанные аналитические методы и алгоритмы численного решения дают возможность исследовать течение газа около поверхности ЛА. Созданный метод позволяет проводить параметрические расчёты для различных режимов пространственного течения с учётом реальных свойств газа. При этом предложенный в работе метод может быть использован для решения как полных уравнений Навье-Стокса, так и упрощённых уравнений Навье-Стокса в приближении тонкого слоя. С помощью разработанной программы численного решения химически неравновесного вязкого ударного слоя можно проводить систематические исследования неравновесных течений около нсразрушающихся поверхностей с различными каталитическими свойствами с учётом и без учёта ионизации. Полученные в работе результаты используются в практике инженерных расчетов для определения аэродинамических, тепловых нагрузок ЛА и влияния плазменных образований на работу различных приборов, а также в учебном процессе МГТУ им. Н.Э. Баумана. Апробация работы. Основные результаты диссертации докладывались на научных конференциях «Ломоносовские чтения» МГУ им. М.В. Современные проблемы аэрогидродинамики», Махачкала (), на научной конференции «Задачи космического образования в XXI веке» МАИ (), на Всероссийской научно-технической конференции «Аэрокосмические технологии» МГТУ им. Н.Э. Баумана (), па VI Международной научно-практической конференции «Человек и космос», Днепропетровск, (), на I Международной научно-технической конференции «Аэрокосмические технологии», посвящённой -летию со дня рождения академика В. Н.Челомея, Москва-Реутов (), на XXIX академических чтениях по космонавтике, Москва (), а также на ряде семинаров в МГУ, МГТУ и отраслевых институтах. Публикации. По теме диссертации опубликовано работ, из них 7 - в рецензируемых научных журналах перечня ВАК, в которых должны быть опубликованы основные научные результаты диссертации на соискание ученой степени доктора наук. Структура и объем работы. Диссертация изложена на 2 страницах машинописного текста, содержит иллюстраций и состоит из введения, трех глав, заключения и приложения. Список цитируемой литературы включает 2 наименования. Положения, выносимые на защиту'. Для генерации начальных данных при применении метода установления по времени построена математическая модель двумерных течений газа в переменных давление - функция тока. Предложены новые аналитические зависимости для определения давления и других параметров течения на поверхности обтекаемых тел, а также на произвольной линии тока с известной формой. Установлена возможность перехода к трехмерным течениям с помощью осесимметричной аналогии. Получены новые формы записи уравнений газовой динамики в строго консервативной форме для применения эффективных и экономичных конечно-разностных схем сквозного счета. Разработан метод начального аналитического приближения для моделирования пространственного обтекания гиперзвуковых ЛА в рамках уравнений Эйлера и Навье-Стокса с учетом физикохимических превращений в потоке. Глава 1. У +Оп(рУУ + ? У- ёгас! Ж,/ = 1,2,. К =ср! Т + еы + й°. Г— '¦> У• — эффективный показатель адиабаты, ? Замыкают систему уравнений данные об энтальпиях образования компонентов /? Х1, константах скоростей прямых и обратных реакций, входящих в так называемые функции химического источника IV, - правую часть уравнений для скорости изменения концентраций ъй компоненты. Рассмотрим воздушный сверхзвуковой поток как смесь .