Comparison of the calculation heat flux with OREX flight data
Direct simulation Monte Carlo method (DSMC) was adapted to the Earth atmosphere orbital entry problem. Molecular oxygen and nitrogen rotational and vibrational modes relaxation rates models parameters were selected from the available experimental data. Variable hard spheres (VHS) model parameters were derived from the Ω-integrals calculation taken from the literature sources. As an example OREX flight experiment was modeled. Good agreement between experimental flight data and calculated results of critical point heat flux was received. Also good agreement between present work calculation and others authors calculations of the resistance coefficient was achieved.
direct simulation Monte Carlo method, rarefied gases, nonequilibrium flow, hypersonic aerodynamics, OREX
Метод прямого статистического моделирования Монте-Карло адаптирован для решения задачи о входе летательного аппарата в атмосферу Земли с первой космической скоростью. Из имеющихся экспериментальных данных подобраны параметры в моделях скорости релаксации вращательных и колебательных степеней свободы молекулярных кислорода и азота. Исходя из расчётов Ω-интегралов из литературных источников, подобраны параметры модели твёрдых сфер переменного диаметра. В качестве примера рассмотрено обтекание аппарата OREX. Для критической точки аппарата сравнение расчётов тепловых потоков с имеющимися экспериментальными лётными данными даёт неплохое согласие. Также получено совпадение коэффициента сопротивления с расчётами других авторов.
1. Землянский Б.А., Кусов А.Л., Рудин Н.Ф. Термовизионные измерения теплообмена на моде-лях в аэродинамическом эксперименте в условиях влияния фонового излучения. Космонавти-ка и ракетостроение, 2014, вып.2. 2. Bird G.A. Molecular Gas Dynamics and the Direct Simulation of Gas Flows. Clarendon Press, Ox-ford, 1994, 458p. 3. Bondar Ye.A., Shevyrin A.A., Chen Y.S., Shumakova A.N., Kashkovsky A.V., Ivanov M.S. Direct Monte Carlo simulation of high-temperature chemical reactions in air // Thermophysics and Aero-mechanics, 2013, Vol. 20, №. 5, рр. 553-564. 4. Кусов А.Л., Лунев В.В. Применение метода прямого статистического моделирования Монте-Карло при решении задачи о нестационарном разлёте разреженного газа в случае его испаре-ния с перегретой поверхности материала в вакуум // Космонавтика и ракетостроение, 2010, №1(58), c. 36-45. 5. Кусов А.Л. Численное моделирование обтекания цилиндра со сферическим носком методом прямого статистического моделирования Монте-Карло // Математическое моделирование, 2015, Т. 27, №12, с. 33-47. 6. Wright M.J., Bose D., Palmer G.E., Levin E. Recommended Collision Integrals for Transport Prop-erty Computations, Part 1: Air Species // AIAA Journal, vol. 43, No. 12, 2005, pp. 2558-2564. 7. Wright M.J., Hwang H.H, Schwenke D.W. Recommended Collision Integrals for Transport Property Computations Part 2: Mars and Venus Entries // AIAA Journal, vol. 45, No. 1, 2007, pp. 281-288. 8. Гиршфельдер Дж., Кертисс Ч., Берд Р., Молекулярная теория газов и жидкостей, Изд-во ино-странной литературы, 1961, 930с. 9. Parker J.G. Rotational and vibrational relaxation in diatomic gases // Physics of Fluids, Vol. 2, No 4, 1959, pp. 449-462. 10. Boyd I.D. Rotational and vibrational nonequilibrium effects in rarefied hypersonic flow // J. Thermophysics, 1990, Vol. 4, № 4. pp. 478-484. 11. Boyd I.D. Rotational-translational energy transfer in rarefied nonequilibrium flows // Physics of Fluids A, Vol. 2, No 3, 1990, pp. 447-452. 12. Зельдович Я.Б., Райзер Ю.П. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамиче-ских явлений. M.: Наука, 1973, 312с. 13. Власов В.И., Горшков А.Б. Сравнение результатов расчетов гиперзвукового обтекания затуп-ленных тел с летным экспериментом OREX. Изв. РАН. МЖГ. 2001, №5, С.160-168. 14. Лунев В. В. Течение реальных газов с большими скоростями. М.: Физматлит, 2007, 760с. 15. Moss J.N., Gupta R.N., Price J.M. DSMC simulation of OREX entry conditions. NASA-TM-111621. 1996, pp. 1-6.
