Энергетическое воздействие на обтекание гиперзвуковых летательных аппаратов


Просмотр статьи
PDF, 1,4 МБ

Energy Impact on the Flow Around Hypersonic Flying Vehicles

This paper deals with a numerical study of energy sources influence on the flow past hypersonic flying vehicles (HFV). One such example considered in this work is NASA HyperX
X-43. Flight mode with M = 6 and angle of attack α = 0°, 4° was considered. Energy deposition was at various locations in front of HFV. It is shown that energy input in front of the bow of the HFV leads to a significant weakening of the bow shock wave and an increase in aerodynamic efficiency of the vehicle. The impact of energy input in the scramjet intake was also considered.

computational fluid dynamics, energy input, hypersonic aircraft

Яна Владиславовна Ханхасаева, Виталий Евгеньевич Борисов, Александр Евгеньевич Луцкий

Том 17, выпуск 4, 2016 год



Настоящая работа посвящена численному исследованию влияния вложения энергии в поток на обтекание гиперзвуковых летательных аппаратов. В качестве конкретного примера рассматривается модель Х-43. Рассматривается режим полета при числе Маха М = 6 и углах атаки α = 0°, 4° с областями энерговложения около различных частей ГЛА. Показано, что вложение энергии перед носовой частью ГЛА приводит к существенному ослаблению головной ударной волны и увеличению аэродинамического качества ГЛА. Также приводятся результаты исследования влияния энерговложения на течение в воздухозаборнике.

вычислительная газовая динамика, вложение энергии в поток, гиперзвуковой летательный аппарат

Яна Владиславовна Ханхасаева, Виталий Евгеньевич Борисов, Александр Евгеньевич Луцкий

Том 17, выпуск 4, 2016 год



1. McClinton C.R. High Speed/Hypersonic Aircraft Propulsion Technology Development. In Ad-vances on Propulsion Technology for High-Speed Aircraft. Educational Notes RTO-EN-AVT-150, Paper 1. 2008. Neuilly-sur-Seine, France: RTO. pp 1-32.
2. 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.
3. Huebner L.D., Rock K.E., Ruf E.G., Witte D.W. and Andrews E.H. Hyper-X Flight Engine Ground Testing for Flight Risk Reduction // Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 38, No. 6 (2001), pp. 844-852. http://dx.doi.org/10.2514/2.3774
4. Engelund W.C., Holland S.D., Cockrell C.E. et al. Propulsion System Airframe Integration Issues and Aerodynamic Database Development for the Hyper-X Flight Research Vehicle // ISOABE 99-7215. 1999. 12 p.
5. Георгиевский П.Ю., Левин В.А. Сверхзвуковое обтекание тел при наличии внешних источников тепловыделения // Письма в ЖТФ. 1988. Т.14. Вып.8. с. 684–687.
6. Третьяков П.К., Гаранин А.Ф., Грачев Г.Н., Крайнев В.Л., Пономаренко А.Г., Иванчен-ко А.И., Яковлев В.И. Управление сверхзвуковым обтеканием тел с использованием мощного оптического пульсирующего разряда // ДАН. 1996. Т.351, 3
7. A. Sasoh, Y. Sekiya, T. Sakai et al. Supersonic Drag Reduction with Repetitive Laser Pulses Through a Blunt Body // AIAA Journal (2010). Vol. 48, No. 12, December 2010, 2811-2817, DOI: 10.2514/1.J050174
8. Satheesh K., Jagadeesh G. Experimental investigations on the effect of energy deposition in hypersonic blunt body flow field // Shock Waves (2008) 18:53–70, DOI 10.1007/s00193-008-0140-3
9. Erdem E., Kontis K., Yang L. Steady energy deposition at Mach 5 for drag reduction // Shock Waves (2013) 23:285–298, DOI 10.1007/s00193-012-0405-8
10. Schulein E., Zheltovodov A. Effects of steady flow heating by arc discharge upstream of non-slender bodies // Shock Waves (2011) 21:383–396, DOI 10.1007/s00193-011-0307-1
11. L.N. Myrabo, Yu.P. Raizer, M.N. Shneider, and R. Bracken. Reduction of Drag and Energy Consumption during Energy Release Preceding a Blunt Body in Supersonic Flow // High Temperature. Vol. 42, No. 6, 2004, pp. 901–910.
12. Kolesnichenko Yu.F., Brovkin V.G., Azarova O.A., Grudnitsky V.G., Laskov V.A., Mashek I.Ch. MW energy deposition for aerodynamic application // 41st Aerospace Science Meeting and Exhibit, Reno, Nevada, USA, 6–9 Jan. 2003 // AIAA Paper 2003-361. 11p.
13. Leonov S., Bityurin V., Yuriev A., Pirogov S., Zhukov B. Problems in energetic method of drag reduction and flow/flight control // 41st Aerospace Science Meeting and Exhibit, Reno, Nevada, USA, 6–9 Jan. 2003 / AIAA Paper 2003-35. 8p.
14. Георгиевский П.Ю., Левин В.А. Управление обтеканием различных тел с помощью локализованного подвода энергии в сверхзвуковой набегающий поток // Изв. РАН. МЖГ. 2003. № 5. С.154 – 167.
15. Azarova O., Knight D., Kolesnichenko Y. Pulsating stochastic flows accompanying microwave filament/supersonic shock layer interaction // Shock Waves (2011) 21:439–450, DOI 10.1007/s00193-011-0319-x.
16. Левин В.А., Афонина Н.Е., Громов В.Г. Управление теплообменом на поверхности сфе-ры при помощи локализованного энерговклада // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2010. Т. 10. http://chemphys.edu.ru/issues/2010-10/articles/336/
17. Левин В.А., Громов В.Г., Афонина Н.Е. Численное исследование влияния локального энергоподвода на аэродинамическое сопротивление и теплообмен сферического затупления в сверхзвуковом потоке воздуха // Прикладная механика и техническая физика, 2000. Т. 41, № 5, с. 171‒179.
18. Ramnath Kandala and Graham V. Candler. Numerical Studies of Laser-Induced Energy Deposition for Supersonic Flow Control // AIAA Journal, Vol. 42, No. 11, November 2004, pp. 2266‒2275.
19. P.-Q. Elias. Numerical Simulations on the Effect and Efficiency of Long Linear Energy Deposition Ahead of a Supersonic Blunt Body: Toward a Laser Spike // Aerospace Lab Issue 10 - December 2015.
20. Аульченко С.М., Замураев В.П., Калинина А.П. Влияние одностороннего нестационарного подвода энергии на аэродинамические характеристики крыловых профилей при трансзвуковом обтекании // Прикладная механика и техническая физика, 2008. Т. 49, № 6, с. 82‒87.
21. Левин В.А., Терентьева Л.В. Сверхзвуковое обтекание тонкого профиля при наличии энерговыделения в окрестности его поверхности. Отчет Института механики МГУ, № 4315. 1994. 42 с.
22. Луцкий А.Е., Ханхасаева Я.В. Трехмерная задача обтекания модели летательного аппарата при активном воздействии на поток // Математические заметки СВФУ. 2015. Т. 22. № 2. С. 83‒91.
23. Борисов В.Е., Кудряшов И.Ю., Луцкий А.Е. Численное исследование формирования псевдоскачка в канале // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2016. № 2. 24 с. http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2016-2
24. Борисов В.Е., Луцкий А.Е. Моделирование перехода между регулярным и маховским отражением ударных волн с помощью неявной схемы на основе методов LU-SGS и BiCGStab // Препринты ИПМ им. М.В. Келдыша. 2016. № 68. 36 с. http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2016-68
25. Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. На пути к созданию модели виртуального ГЛА. I. – М.: ИПМех РАН, 2013. – 160 c.
26. Луцкий А.Е., Северин А.В. Численное исследование обтекания гиперзвукового летатель-ного аппарата X-43 с применением адаптивных сеток // Препринты ИПМ им. М.В.Келдыша. 2016. № 102. 24 с. http://library.keldysh.ru/preprint.asp?id=2016-102