4 / 13
С.Т. Суржиков
36
ISSN 1812-3368. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2016. № 5
Метод решения задачи.
Задачу об аэрофизике спускаемого КА решали с
использованием авторского компьютерного кода NERAT-2D (Non-Equilibrium
Radiative AeroThermodynamics). Наиболее поздняя версия постоянно развивае-
мой компьютерной модели, которая реализована в указанном коде, изложена в
работе [17], где представлена полная система интегрируемых уравнений с соот-
ветствующими комментариями. Отметим, что система уравнений для двумер-
ного случая осесимметричного обтекания включает в себя систему уравнений
Навье — Стокса; систему уравнений, выражающих закон сохранения энергии
поступательных степеней свободы всех частиц, колебательных степеней свобо-
ды двухатомных молекул N
2
, O
2
и NO; систему уравнений диффузии 11 компо-
нентов частично ионизованного газа (уравнений неразрывности для отдельных
компонентов газовой смеси); систему уравнений химической кинетики, состо-
ящую из уравнений неравновесной диссоциации и ионизации; систему много-
групповых уравнений переноса селективного теплового излучения. Совместно с
указанной системой уравнений учтены калорическое и термическое уравнения
состояния идеального газа, уравнения квазинейтральности и отсутствия элек-
трического тока к поверхности КА.
В набегающем потоке задавали условия в невозмущенном потоке воздуха
( ,
v
,
,
T p
— скорость, температура, плотность и давление, соответствующие
заданной высоте полета
H
). На поверхности задавали условия прилипания, абсо-
лютной каталитичности и условие равновесной радиационной температуры (ра-
венства теплового потока, нагревающего поверхность, потоку теплового излуче-
ния, покидающего обтекаемую поверхность со степенью черноты
= 0,8).
При численном интегрировании системы сопряженных уравнений исполь-
зовали комбинацию явных и неявных численных методов, обеспечивающих
наибольшую эффективность решения всей задачи методом установления. Для
всех расчетных случаев установившегося решения в зоне отрывного течения не
получено. В этом случае фиксировали факт периодически изменяющегося ре-
шения при наличии в расчетной области полностью установившегося решения
(в сжатом слое у лобовой поверхности).
На каждом временном слое вычисляли теплофизические, спектральные оп-
тические и переносные свойства высокотемпературной смеси газов. При реше-
нии задачи химической кинетики задавали константы скоростей прямых реак-
ций, а константы скоростей обратных реакций рассчитывали с использованием
констант равновесия [17].
Расчеты выполнены на многоблочных структурированных сетках, для по-
строения которых использован метод аналитических функций [16].
Пример расчетной конечно-разностной сетки в окрестности лобовой поверх-
ности аэродинамического щита приведен на рис. 3. Общее число узлов в сетке со-
ставляет
i
j
N N
121
137 (
N
i
— число узлов по нормали к поверхности;
N
j
—
число узлов вдоль поверхности).