Математическое моделирование тепломассопереноса при аэродинамическом нагреве носовых частей гиперзвуковых летательных аппаратов

Аннотация

Исследован тепломассоперенос на боковых поверхностях затупленных носовых конусов гиперзвуковых летательных аппаратов в условиях аэродинамического нагрева. Сформулирована задача о вязком течении и тепломассопереносе в динамическом, тепловом и диффузионном пограничных слоях. На основе незначительных упрощений получены приближенные аналитические решения относительно газодинамических, тепловых и диффузионных характеристик диссоциирующего течения. Получены замкнутые аналитические выражения по распределению энтальпии и концентраций компонентов газовой смеси по толщине пограничных слоев. Конвективные и диффузионные тепловые потоки к поверхности летательного аппарата определены с использованием производных распределений энтальпий и концентраций по вертикальной переменной на стенке. С использованием баланса подводимых и отводимых за счет излучения и отвода теплоты конвективно-диффузионных тепловых потоков внутрь корпуса получено нелинейное уравнение относительно температуры стенки, которое решается численно. Получены и проанализированы численные результаты по конвективно-диффузионным тепловым потокам и температурам стенки гиперзвуковых летательных аппаратов в зависимости от числа Маха и высоты полета в широком диапазоне значений, позволяющие определить границы скоростей и высот, при которых отсутствует унос массы теплозащитного покрытия. Исследовано влияние каталитических свойств поверхности летательного аппарата на теплообмен в тех же диапазонах значений числа Маха и высоты полета

Работа выполнена в рамках государственного задания Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (№ FSFF-2020-0013)

Просьба ссылаться на эту статью следующим образом:

Формалев В.Ф., Колесник С.А., Гарибян Б.А. Математическое моделирование тепломассопереноса при аэродинамическом нагреве носовых частей гиперзвуковых летательных аппаратов. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2022, № 1 (100), с. 107--121. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2022-1-107-121

Литература

[1] Краснов Н.Ф. Аэродинамика тел вращения. М., Машиностроение, 1964.

[2] Дорренс У.Х. Гиперзвуковые течения вязкого газа. М., Мир, 1966.

[3] Авдуевский В.С. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-космической технике. М., Машиностроение, 1992.

[4] Никитин П.В., Сотник Е.В. Катализ и излучение в системах тепловой защиты космических аппаратов. М., Янус-К, 2013.

[5] Формалев В.Ф., Колесник С.А. Математическое моделирование сопряженного теплопереноса между вязкими газодинамическими течениями и анизотропными телами. М., Ленанд, 2019.

[6] Формалев В.Ф., Колесник С.А. Сопряженный теплоперенос между пристенными газодинамическими течениями и анизотропными телами. ТВТ, 2007, т. 45, № 1, с. 85--93.

[7] Формалев В.Ф., Колесник С.А., Гарибян Б.А. Теплоперенос с поглощением в анизотропной тепловой защите высокотемпературных изделий. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2019, № 5 (86), с. 35--49. DOI: http://doi.org/10.18698/1812-3368-2019-5-35-49

[8] Формалев В.Ф., Колесник С.А., Гарибян Б.А. Аналитическое решение задачи о сопряженном теплообмене между газодинамическим пограничным слоем и анизотропной полосой. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2020, № 5 (92), с. 44--59. DOI: http://doi.org/10.18698/1812-3368-2020-5-44-59

[9] Формалев В.Ф., Колесник С.А., Кузнецова Е.Л. Влияние продольной неизотермичности на сопряженный теплообмен между пристенными газодинамическими течениями и затупленными анизотропными телами. ТВТ, 2009, т. 47, № 2, с. 247--252.

[10] Формалев В.Ф., Колесник С.А., Кузнецова Е.Л. Влияние компонентов тензора теплопроводности теплозащитного материала на величину тепловых потоков от газодинамического пограничного слоя. ТВТ, 2019, т. 57, № 1, с. 66--71. DOI: https://doi.org/10.1134/S0040364419010083

[11] Формалев В.Ф., Колесник С.А., Кузнецова Е.Л. Моделирование сопряженного теплообмена в пакетах малогабаритных газодинамических сопел с охлаждением. ТВТ, 2015, т. 53, № 5, с. 735--740. DOI: https://doi.org/10.7868/S0040364415050117

[12] Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М., Наука, 1969.

[13] Лунев В.В. Гиперзвуковая аэродинамика. М., Машиностроение, 1975.

[14] Аржаников Н.С., Садекова Г.С. Аэродинамика больших скоростей. М., Высш. шк., 1965.

[15] Галицейский Б.М., ред. Тепловая защита лопаток турбин. М., Изд-во МАИ, 1996.