Численная методика расчета температурного поля и термонапряжений в элементах конструкций летательных аппаратов



Development of a numerical model designed to calculate the temperature field and thermal stresses in structural elements of aircrafts

The algorithm for the numerical solution of the quasistatic thermoelasticity problem in the domains of simple spatial forms is briefly described. The initial validation and verification of the developed numerical technique was performed. Some results of the solution of the quasistatic thermoelasticity problem in the simplest structural elements of aircraft.

mathematical model, gas dynamics, boundary layer, effective length

Виктор Витальевич Кузенов, Вячеслав Витальевич Шумаев, Александра Олеговна Добрынина

Том 19, выпуск 4, 2018 год



Кратко описан алгоритм численного решения квазистатической задачи термоупругости в областях простых пространственных форм. Выполнена первоначальная валидация и верификация разработанной численной методики. Приведены отдельные результаты решения квазистатической задачи термоупругости в простейших элементах конструкций летательных аппаратов.

математическая модель, газодинамика, пограничный слой, квазистатическая задача термоупругости, эффективная длина

Виктор Витальевич Кузенов, Вячеслав Витальевич Шумаев, Александра Олеговна Добрынина

Том 19, выпуск 4, 2018 год



1. Карташов Э.М. Аналитические методы в теории теплопроводности твердых тел. Изд. 3-е, перераб. и доп. М.: Высшая школа, 2001. 550 с.
2. Димитриенко Ю.И., Захаров А.А., Коряков М.Н., Сыздыков Е.К., Минин В.В. Численное решение сопряженной задачи гиперзвуковой аэродинамики и термомеханики термодеструктирующих конструкций // Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, вып. 9. URL: http://engjournal.ru/catalog/mathmodel/aero/1114.html
3. Коваленко А.Д. Термоупругость. Учебное пособие. К.: Вища школа, 1975. 215 с.
4. Димитриенко Ю.И., Захаров А.А., Коряков М.Н., Сыздыков Е.К. Моделирование сопряженных процессов аэрогазодинамики и теплообмена на поверхности теплозащиты перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов // Известия высших учебных заведений. Машиностроение. 2014. № 3 (648). С. 23‒34.
5. Кузенов В.В., Рыжков С.В. Радиационно-гидродинамическое моделирование контактной границы плазменной мишени, находящейся во внешнем магнитном поле // Прикладная физика. 2014. № 3. С. 26‒30.
6. Котов М.А., Кузенов В.В. Численное моделирование обтекания поверхностей пер-спективных гиперзвуковых летательных аппаратов // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2012. № 3. С. 17‒30.
7. Ryzhkov S.V. Compact toroid and advanced fuel ‒ together to the Moon?! // Fusion Science and Technology. 2005. V. 47, № 1T. Pp. 342‒344.
8. Рыжков С.В. Моделирование теплофизических процессов в магнитном термоядерном двигателе // Тепловые процессы в технике. 2009. № 9. С. 397–400.
9. Кузенов В.В. Построение регулярных адаптивных сеток в пространственных областях с криволинейными границами // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностро-ение”. 2008. №1. С. 3‒11.
10. Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен: В 2-х т. Т. 1: Пер. с англ. М.: Мир, 1990. 384 с.
11. Самарский А.А. Введение в теорию разностных схем. М.: Главная редакция физико-математической литературы изд-ва «Наука», 1971.
12. Самарский А.А., Николаев Е.С. Методы решения сеточных уравнений. М.: Наука, 1978. 590 с.
13. Альшина Е.А., Болтнев А.А., Качер О.А. Эмпирическое улучшение простейших гра-диентных методов // Математическое моделирование. 2005. Т. 17, № 6. С. 43‒57.
14. Головачев Ю.П. Численное моделирование течений вязкого газа в ударном слое. М.: Наука, 1996. 376 с.
15. Григорьев Ю.Н., Вшивков В.А., Федорук М.П. Численное моделирование методами частиц в ячейках Рос. акад. наук, Сиб. отд–ние, Ин–т выч. технологий, Новосиб. гос. ун–т. Новосибирск: Изд–во СО РАН, 2004. 360 с.
16. Лунёв В.В. Гиперзвуковая аэродинамика. М.: Машиностроение, 1975. 328 с.
17. Лунёв В.В. Течение реальных газов с большими скоростями. М.: ФИЗМАТЛИТ, 2007. 760 с.
18. Pandey A.K., Dechaumphai P., Weiting A.R. Thermal-Structural Finite Element Analysis using Linear Flux Formulation // NASA Technical Memorandum 102746. 1990. 10 p.
19. Three-Dimensional Thermal Structural Analysis of a Swept Cowl Leading Edge Subjected to Skewed Shock-Shock Interference Heating / S.P. Polesky et al. // Journal of Thermophysics. 1992. V. 6, № 1. Pp. 48‒54.
20. Суржиков С.Т. Конвективный нагрев сферического затупления малого радиуса при относительно малых гиперзвуковых скоростях // ТВТ. 2013. Т. 51. С. 261‒276.
21. Кузенов В.В. Тестирование отдельных элементов метода расчета физических процессов в мишени магнитно-инерциального термоядерного синтеза // Прикладная физика. 2016. № 2. С. 16‒24.
22. Кузенов В.В., Рыжков С.В. Численное моделирование процесса лазерного сжатия ми-шени, находящейся во внешнем магнитном поле // Математическое моделирование. 2017. Т. 29. № 9. C. 19‒32.
23. Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V. Approximate method for calculating convective heat flux on the surface of bodies of simple geometric shapes // Journal of Physics: Conference Series. 2017. V. 815. P. 012024.
24. Кузенов В.В., Лебо А.И., Лебо И.Г., Рыжков С.В. Физико-математические модели и методы расчета воздействия мощных лазерных и плазменных импульсов на конденсированные и газовые среды. 2-е изд. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2017. 328 с.
25. Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V., Shumaev V.V. Application of Thomas-Fermi model to evaluation of thermodynamic properties of magnetized plasma // Problems of Atomic Science and Technology. 2015. No. 1 (95). Pp. 97‒99.
26. Kuzenov V.V., Ryzhkov S.V., Shumaev V.V. Numerical thermodynamic analysis of alloys for plasma electronics and advanced technologies // Problems of Atomic Science and Technology. 2015. No. 4 (98). Pp. 53‒56.
27. Ryzhkov S.V., Kuzenov V.V. Analysis of the ideal gas flow over body of basic geometrical shape // International Journal of Heat and Mass Transfer. 2019. V. 132. Pp. 587‒592
28. Kuzenov V.V., Dobrynina A.O., Shumaev V.V. Calculating processes of laminar and turbulent heat transfer around the elements of the aircraft // Journal of Physics: Conference Series. 2018. V. 980. P. 012023.
29. Shumaev V.V., Kuzenov V.V. Development of the numerical model for evaluating the temperature field and thermal stresses in structural elements of aircrafts // Journal of Physics: Conference Series. 2017. V. 891. P. 012311.
30. Суржиков С.Т. Расчетное исследование аэротермодинамики гиперзвукового обтекания затупленных тел на примере анализа экспериментальных данных Москва: ИПМех РАН, 2011. 192 с.
31. Котов M.A., Рулева Л.Б., Солодовников С., Суржиков С.Т. Проведение экспериментов по обтеканию моделей в гиперзвуковой ударной аэродинамической трубе//Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2013. Т. 14, вып. 4. http://chemphys.edu.ru/issues/2013-14-4/articles/428/
32. Глушко Г.С., Иванов И.Э., Крюков И.А. Моделирование турбулентности в сверхзвуковых струйных течениях // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2010. Том 9. http://chemphys.edu.ru/issues/2010-9/articles/142/