Конечно-элементное моделирование теплопереноса внутри ГЛА



Finite element modeling of heat transfer inside the HSV

The inner shell of hypersonic vehicle (HSV) may be heated to sufficiently high temperatures and itself to heat the internal arrangements not only by a thermal conductivity but also by means of a thermal radiation. Lowering the temperature inside the HSV to normal conditions is possible under conditions of forced convection, for example, by blowing a cold gas. The calculations are performed for the axisymmetrical hypothetical internal construction of HSV nose part, the outer streamlined shell of which has the form of a blunted cone. The conditions for aerodynamic heating corresponded to M = 6, the following parameters varied: the size of the nose and the rate of blowing the cold gas inside the HSV.

hypersonic flow, thermal protection, computational aerodynamics, finite element method.


Внутренняя оболочка ГЛА может оставаться нагретой до достаточно высоких температур и сама осуществлять нагрев внутренних устройств не только теплопроводностью, но и тепловым излучением. Понижение температуры внутри ГЛА до нормальных условий возможно в условиях вынужденной конвекции, к примеру, продувкой холодного газа. Расчеты выполнены для осесимметричной гипотетической внутренней конструкции носовой части ГЛА, внешняя обтекаемая оболочка которого имеет вид затупленного конуса. Условия аэродинамического нагрева соответствовали М = 6, варьировались следующие параметры: размер носовой части и скорость продувки холодного газа внутри ГЛА.

гиперзвуковое течение, тепловая защита, вычислительная аэродинамика, метод конечных элементов


1. Керножицкий В. А., Колычев А. В., Макаренко А. В. Разработка методики расчета многоэлементной термоэмиссионной тепловой защиты гиперзвуковых летательных аппаратов // Электронный журнал «Труды МАИ». 2014. № 75. С. 1–23.
2. Лу Х.Б., Лю В.Ц. Комбинированная система тепловой защиты на основе обращенной вперед полости и встречной струи // Теплофизика и аэромеханика. 2012. Т. 19, № 5. С. 561–569.
3. Peng W., He Y., Wang X., Zhu J., Han J. Thermal protection mechanism of heat pipe in leading edge under hypersonic conditions // Chinese Journal of Aeronautics. 2015. V. 28, N 1. P. 121–132.
http://dx.doi.org/10.1016/j.cja.2014.12.018.
4. Tirupati T., Chandran B.S. Computational investigation of tangential convective cooling of hypersonic cowl leading edge // International journal of innovative research in science, engineering and technology. 2015. V. 4. N 7. P. 6098–6105.
http://dx.doi.org/10.15680/IJIRSET.2015.0407150.
5. Полежаев В.И., Простомолотов А.И., Федосеев А.И. Метод конечных элементов в механике вязкой жидкости // Итоги науки и техники. Сер. Механика жидкости и газа. Т. 21. М: ВИНИТИ, 1987. С. 3–92.
6. Простомолотов А., Верезуб Н. Инженерный расчет теплового поля в головной части гиперзвукового летательного аппарата // Электронный журнал «Физико-химическая кинетика в газовой динамике». 2016. Т. 17, вып. 3.
http://chemphys.edu.ru/issues/2016-17-3/articles/648/.
7. Верезуб Н.А., Простомолотов А.И. Исследование теплопереноса в ростовом узле процесса Чохральского на основе сопряженной математической модели // Материалы электронной техники. 2000. № 3. С. 28–34.
8. Простомолотов А.И., Верезуб Н.А., Ильясов Х.Х. Программа «Crystmo/Marc» для сопряженного теплового моделирования // Свид. № 2009613989 РФ. Бюл. RU ОБПБТ «Программы для ЭВМ», № 4(69), 2009.