РАСЧЕТ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК СТВОРОК ГОЛОВНЫХ ОБТЕКАТЕЛЕЙ ТРАНСПОРТНЫХ СИСТЕМ

Приведены аэродинамические характеристики отделяемых элементов конструкций транспортных систем, позволяющие рассчитать траектории движения этих элементов после отделения и надежно определить размеры районов падения. Особое внимание уделено створкам головных обтекателей, которые представляют собой тонкие изогнутые оболочки, содержащие цилиндрическую, коническую и сферическую части, обладают высоким аэродинамическим качеством и имеют максимальные размеры районов падения. Аэродинамика тел подобных конфигураций мало изучена. В работе представлены результаты математического моделирования обтекания типовой створки в свободно распространяемом пакете программ с открытым исходным кодом OpenFOAM. Получены аэродинамические характеристики модели при транс- и сверхзвуковых скоростях, проанализирована трансформация структур обтекания створки при изменении угла атаки и числа Маха. Показана возможность применения пакета OpenFOAM для расчета аэродинамических характеристик и параметров обтекания тонких оболочек. Анализ полученных результатов показал, что при сверхзвуковых скоростях набегающего потока наблюдается образование скачков уплотнения сложной конфигурации, взаимодействующих друг с другом, при дозвуковых скоростях наблюдается образование обширных областей пространственного отрыва потока. Выделены интервалы углов атаки, при которых реализуются различные типы структур течений как для транс-, так и для сверхзвуковых скоростей набегающего потока. Изменение структуры обтекания отражается на аэродинамических характеристиках, аэродинамические коэффициенты створки значительно изменяются с ростом угла атаки, при всех рассмотренных скоростях набегающего потока имеются два балансировочных угла атаки. Полученные результаты могут быть использованы для разработки пассивной системы стабилизации створки, которая обеспечит балансировку тела на углах атаки с минимальным аэродинамическим качеством и уменьшит случайные отклонения при движении относительно центра масс.

1. Особенности аэродинамики тонкостенных конструкций / Дядькин А.А. [и др.] // Космическая техника и технологии. 2016. № 3 (14). С. 15–25.

2. Xuechang Z., Xiaojing Y., Yan H. Aerodynamic Characteristics of Fairing Separation at Initial Opening Angle // Proceedings of the 1st International Conference on Mechanical Engineering and Material Science. Atlantis Press, 2012. pp. 259–262. DOI: 10.2991/mems.2012.160

3. Separation dynamics of large-scale fairing section: a fluid-structure interaction study / Yanjie Liu [et al.] // Proceedings of the Institution of Mechanical Engineers, Part G: Journal of Aerospace Engineering. 2013. Vol. 227, No. 11. pp. 1767–1779. DOI: 10.1177/0954410012462317

4. Aerodynamic Effects on Spacecraft During Head Fairing Jettisoning in Dense Atmosphere Layers / Beloshitsky A. [et al.] // Fourth Symposium on Aerothermodynamics for Space Vehicles. 2002. Vol. 487. Pp. 299–306.

5. Возможности применения открытого пакета OpenFOAM для численного моде-лирования отрывных течений при до- и сверхзвуковых скоростях обтекания летательных аппаратов / Калугин В.Т. [и др.] // Научный Вестник МГТУ ГА. 2014. № 199 (1). С. 23–30. DOI: 10.26467/2079-0619-2014-0-199-23-30

6. Аэродинамика / под ред. В.Т. Калугина. 2-е изд. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 608 с.

7. Дядькин А.А., Луценко А.Ю., Назарова Д.К. Математическое моделирование обтекания тонкостенных конструкций в до- и трансзвуковом диапазоне скоростей // Научный Вестник МГТУ ГА. 2016. № 223 (1). С. 45–50. DOI: 10.26467/2079-0619-2016-223-45-50

8. Menter F.R., Kuntz M., Langtry R. Ten years of industrial experience with the SST turbulence model // Turbulence, heat and mass transfer. 2003. Vol. 4, No. 1.

9. Near-wall behavior of RANS turbulence models and implications for wall functions / Kalitzin G. [et al.] // Journal of Computational Physics. 2005. Vol. 204, No. 1. pp.265–291. DOI: 10.1016/j.jcp.2004.10.018

10. Knopp T. On grid-independence of RANS predictions for aerodynamic flows using model-consistent universal wall-functions // ECCOMAS CFD 2006: Proceedings of the European Conference on Computational Fluid Dynamics. Egmond aan Zee, The Netherlands. 2006. pp. 1–20.