Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н. Е. Жуковского
ENG
Версия для печати

Гиперзвуковое обтекание и теплообмен многоблочных компоновок ракет-носителей и их элементов

26 Марта 2013


11-00

корп. № 8, конференц-зал, on-line трансляция из ЦАГИ

Авторы: В.Н. Бражко, С.М. Дроздов, В.Н. Радченко, А.С. Скуратов, Д.С. Федоров (ФГУП «ЦАГИ»)

Докладчик: С.М. Дроздов (ФГУП «ЦАГИ», smdrozdov@yandex.ru)

Аннотация доклада

В настоящее время в России активно ведутся работы по созданию ракет-носителей (РН) нового поколения для доставки в космос людей и грузов. Компоновки новых РН отличаются применением многоблочной схемы с параллельным соединением блоков сопоставимых размеров (пакетная схема). Это рождает серьезные проблемы аэродинамической интерференции блоков, когда на конструкции РН появляются области пиковых аэродинамических нагрузок, которые часто имеют нестационарный характер поведения. В гиперзвуковом диапазоне скоростей проблемы аэродинамики этих сложных компоновок усугубляются тепловым воздействием, которое тоже характеризуется наличием областей пиковых нагрузок.

Цель данной работы — определение на гиперзвуковых режимах участка выведения особенностей обтекания нескольких многоблочных компоновок перспективных ракет-носителей, выявление областей и элементов конструкции, подверженных повышенным тепловым нагрузкам, разработка рекомендации по защите РН от этих нагрузок. p>Цель данной работы — определение на гиперзвуковых режимах участка выведения особенностей обтекания нескольких многоблочных компоновок перспективных ракет-носителей, выявление областей и элементов конструкции, подверженных повышенным тепловым нагрузкам, разработка рекомендации по защите РН от этих нагрузок.

В качестве объектов исследований выбраны три компоновки многоблочных РН, схематично соответствующие перспективным РН в грузовом и пилотируемых вариантах. Основной объем испытаний выполнен в большой гиперзвуковой аэродинамической трубе ЦАГИ Т-117 при числах Маха М=7.5 и 10.5. Хорошим дополнением к программе испытаний в Т-117 стали эксперименты в ударной аэродинамической трубе ЦАГИ УТ-1М при числах М=6 и 8. Применялись следующие экспериментальные методы: визуализация поля течения (метод Теплера, либо интерферометр); визуализация поверхностных линий тока методом размываемых масляных точек; измерение теплового потока на модели методом термоиндикаторов плавления и TSP-методом (люминофоры); измерение пульсаций давления на модели; измерения температуры во внешней части пограничного слоя модели термопарными датчиками.

2013-03-26.jpg

На рисунке 1 показана теневая картина обтекания модели пилотируемой РН в трубе Т-117, полученная при числах М=7.5 и Re,L≈;5.3×106. Видна сложная картина взаимодействия ударных волн между собой и с поверхностью. Наличие боковых блоков приводит к появлению неблагоприятного градиента давления и к отрыву пограничного слоя на поверхности центрального блока. Такая картина обтекания модели отражается на распределении теплового потока. В областях присоединения слоя смешения неизбежно появление пиков теплового потока. На рисунке 2 показана фотография модели с термоиндикатором после испытания и приведены величины относительного теплового потока q/q0 в наиболее теплонапряженных областях (q0 — тепловой поток в носике головного обтекателя). На этих участках, безусловно, требуется теплозащита. Для грузового варианта РН, кроме штатной компоновки, исследована начальная фаза разделения блоков.

Для некоторых режимов обтекания грузового варианта РН проведено численное моделирование в рамках трехмерных уравнений Навье-Стокса.

Значительное внимание уделено изучению физических причин возникновения и исследованию свойств трехмерных вихревых структур, возникающих на лобовой поверхности тел с цилиндрическим или сферическим лобовым затуплением при их гиперзвуковом обтекании. Численно и экспериментально исследован механизм вынужденного формирования вихревых структур в ударном слое перед телом при внесении в гиперзвуковой поток контролируемых возмущений типа узкого энтропийного следа. Установлено, что умеренные возмущения ("10% по числу М) вызывают значительное искривление ударной волны и интенсивные вихревые структуры с 2-3 кратными пиками теплового потока на теле.



Назад к семинару
RSS
Яндекс.Метрика