Численное моделирование внешнего гиперзвукового обтекания модели летательного аппарата Х-51


Просмотр статьи
PDF, 1,2 МБ

Numerical simulation of hypersonic external flow around model of vehicle X-51

Results of theoretical and computational study of hypersonic flow around three-dimensional model of high speed aircraft X-51 are presented. The numerical simulation is conducted using the code developed in Institute for Problems in Mechanics Russian Academy of Sciences (IPMech RAS). The vehicle configuration selection is caused by the presence of the experimental data. Numerical simulation of hypersonic external flow around model of vehicle X-51 is performed for the purposes of verifying a developed numerical simulation capability. The integral aerodynamic properties, lift coefficients, drag coefficients and aerodynamic performance for different angles of attack and Mach numbers are done. Effects of varying angle of attack and velocity on the hypersonic flow field and on the surface properties were investigated.

hypersonic aircraft, gas dynamics, numerical simulation, computational aerodynamics, software systems, unstructured grids


Том 15, выпуск 2, 2014 год



В работе представлены результаты расчетно-теоретического исследования гиперзвукового обтекания пространственной модели высокоскоростного летательного аппарата сложной формы X-51. Расчеты выполнены с использованием программного комплекса для численного моделирования аэротермодинамики и аэрофизики интегральной компоновки гиперзвукового летательного аппарата (ГЛА) произвольной конфигурации, разработанного в Институте проблем механики им. А.Ю.Ишлинского РАН (ИПМех РАН). Выбор конфигурации ГЛА обусловлен наличием экспериментальных данных, которые были получены в ходе наземных и летных испытаний демонстрационного беспилотного аппарата X-51, проведенных с 2006 по 2013 год в рамках программы SED-WR (X-51A) по созданию летательного аппарата с гиперзвуковым прямоточным воздушно-реактивным двигателем (ГПВРД). На примере решения задачи внешнего обтекания ГЛА X-51 исследуются возможности разработанной аэротермодинамической модели. Для исследуемой конфигурации получен полный набор аэротермодинамических данных, представляющих интерес для разработчиков ГЛА: конфигурация поля течения; структура и характер взаимодействия ударных волн, образующихся при обте-кании пространственной модели ГЛА; тепловые характеристики поверхности; локальные и интегральные аэродинамические характеристики летательного аппарата; характер изменения указанных характеристик от числа Маха и угла атаки в широком диапазоне полетных условий.

гиперзвуковые летательные аппараты, газовая динамика, математическое моделирование, вычислительная аэродинамика, программные комплексы, неструктурированные сетки


Том 15, выпуск 2, 2014 год



1. Reubush D.E., Nguyen L.T., Rausch V.L. Review of X-43A Return to Flight Activities and Current Status // AIAA 2003-7085. 2003. 12 p.
2. Drummound J.P., Bouchez M., McClinton C.R. Overview of NATO Background on Scramjet Technology // NATO report. 2002.
3. Engelund W.C., Holland S.D., Cockrell C.E. et all. Propulsion System Airframe Integration Issues and Aerodynamic Data-base Development for the Hyper-X Flight Research Vehicle // ISOABE 99-7215. 1999. 12 p.
4. Boeing: [сайт]. Boeing X-51A WaveRider Breaks Record in 1st Flight // News releases, May 26, 2010. URL: http://www.boeing.mediaroom.com.
5. Hank J.M., Murphy J.S., Mutzman R.C. The X-51A Scramjet Engine Flight Demonstration Program // 15th AIAA Interna-tional Space Planes and Hypersonic Systems and Tech-nologies Conference, Dayton, OH, USA, April 2008. AIAA 2008-2540.
6. Mutzman R.C., Murphy J.S. X-51 Development: A Chief Engineer's Perspective // 17th AIAA International Space Planes and Hypersonic Systems and Technologies Conference,
13 April 2011.
7. Boeing: [сайт]. Boeing X-51A WaveRider Sets Record with Successful 4th Flight // News releases, May 3, 2013. URL: http://www.boeing.mediaroom.com.
8. Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. Численное моделирование гиперзвукового обтекания модели летательного аппарата Х-43 // Препр. ИПМех им. А.Ю. Ишлинского РАН. № 950. 2010. 82 с.
9. Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. Построение простран-ственных неструктурированных сеток для задач аэротер-модинамики методом молекулярной динамики // Доклады Академии наук. 2011. Т. 439. №1. С. 42–47.
10. Zheleznyakova A.L., Surzhikov S.T. Molecular dynamic-based unstructured grid generation method for aerodynamic application // Computer Physics Communication. 2013. Vol.184, pp.2711-2727.
11. Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике. – М.: Наука, 1982. – 391 с.
12. Марчук Г.И. Методы расщепления. – М: Наука, 1988. – 263 с.
13. Liou M. S., Steffen C. A New Flux Splitting Scheme – J. Comput. Phys., Vol. 107, 23-39, 1993.
14. Котов М.А., Кузенов В.В. Создание сложных поверхно-стей гиперзвуковых летательных аппаратов системами САПР // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2010. Том 9. http://chemphys.edu.ru/pdf/2010-01-12-039.pdf
15. Jones K.D., Sobieczky H., Seebass A.R., Dougherty F.C. Waverider design for generalized shock geometries // Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 32. 1995. Pp.957–963.