Разработка и применение программных систем для решения задач высотной аэродинамики

• Автор: Кашковский, Александр Владимирович
• Шифр специальности: 01.02.05
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 225 с. : ил.

Оглавление
Введение
1 Методы расчета АДХ, применяемые в системах высотной аэродинамики
1.1 Модели взаимодействия газа с поверхностью
1.2 Метод’’Интегрирование”
1.2.1 Аэродинамические нагрузки на элементарную площадку
1.2.2 Численное интегрирование аэродинамических нагрузок по поверхности КА
1.2.3 Учет затенения
1.3 Локально-мостовой метод
1.4 Метод пробных частиц Монте-Карло
1.4.1 Моделирование траектории частицы
1.4.2 Вычисление аэродинамических характеристик
1.4.3 Оценка статистической погрешности результатов
1.4.4 Вычисления газодинамических параметров
1.4.5 Параллелизация метода ПЧМК
1.4.6 Использование метода ПЧМК для приближенного
расчета АДХ в переходном режиме
1.5 Расчет обтекания сетчатых поверхностей свободномолекулярным потоком
1.5.1 Аэродинамические свойства сетчатых поверхностей
1.5.2 Моделирование обтекания параллельной решетки
1.5.3 Моделирование обтекания крестообразной решетки

1.5.4 Алгоритм моделирования обтекания сетчатых поверхностей
2 Программные системы высотной аэродинамики
2.1 Система расчета АДХ спутников - RAMSES
2.2 Система анализа негравитационных ускорений спутников от воздействия солнечного излучения и аэродинамических сил -ANGARA
2.2.1 Двух-этапный подход к вычислению сил и моментов
2.2.2 Аэродинамический анализ
2.2.3 Анализ светового давления
2.3 Система моделирования аэродинамического и теплового разрушения КА при входе в атмосферу - SCARAB
2.4 Унифицированная система расчета аэродинамики спутников
- RuSat
2.4.1 Концепция и архитектура системы
2.4.2 Система управления базой данных
2.4.3 Подсистема создания модели КА
2.4.4 Подсистема подготовки и запуска заданий
2.4.5 Графический, интерфейс
3 Применение разработанных программных систем
3.1 Высотная аэродинамика космической станции Мир
3.1.1 Постановка задачи и способы решения
3.1.2 Конфигурации с СБ модулей ВБ и “Квант”, развернутых вдоль потока
3.1.3 Конфигурации с СБ модулей ББ и “Кванта”, развернутых поперек потока
3.1.4 Рекомендуемые конфигурации
3.1.5 АДХ станции “Мир” в переходном режиме
3.2 Исследования АДХ спускаемой капсулы “Союз”

3.3 Моделирование взаимодействия струй двигателей управления с поверхностью спутника ХММ
Заключение
Литература
Приложение

моменты. После отражения от одной из поверхностей КА частица может столкнуться с другой его поверхностью (многократное переотражение). Отслеживание частицы продолжается до ее вылета за пределы КП, после чего можно моделировать следующую траекторию. Собрав статистическую информацию по большому количеству смоделированных траекторий, можно вычислить интегральные аэродинамические характеристики-КА: сопротивление, подъемная сила, момент тангажа и т.д. и распределенные характеристики (поток частиц на поверхность, давление и т.д.).
На очень большом расстоянии от Земли плотность атмосферы настолько мала, что вклад аэродинамических сил становится соизмерим или даже меньше давления солнечного света. Поэтому для очень высоких орбит необходимо учитывать еще и давление света. С точки зрения метода расчет аэродинамики и светового воздействия отличаются минимально. Каждую частицу можно ассоциировать с фотоном, а ее траекторию с траекторий светового луча. Основное различие заключается в том, что скорость частиц в набегающем потоке распределяется в соответствии равновесной максвелловской функцией распределения, а скорость отраженных частиц определяется температурой поверхности, в то время как скорость света всегда постоянна и не имеет теплового разброса.
По сравнению с методом ’’Интегрирование” метод ’’Пробных частиц Монте-Карло” позволяет более корректно учитывать затенение одних частей КА другими, а также эффекты интерференции, полутени и получать статистическую ошибку результатов. С другой стороны, в большинстве случаев метод ’’Пробных частиц Монте-Карло” значительно проигрывает методу ’’Интегрирование” по скорости расчетов.
1.4.1. Моделирование траектории частицы.
Как указывалось выше, вокруг КА строится контрольная поверхность. Эта поверхность имеет форму параллелепипеда, грани которого параллельны осям координат и имеют минимальные расстояния от габарит-