On the ablation parameter in the problem of meteor body entering the atmosphere
The entry into the atmosphere of a meteor body and its interaction with it is considered. The motion, ablation and energy deposition of a meteoroid or its fragments moving as a single body is modeled by numerical solution of the meteor physics equations. The main parameter in these equations is the ablation parameter, which is equal to the ratio of the heat transfer coefficient to the effective enthalpy of mass loss. Therefore, the setting of the heat transfer coefficient is very important when modeling the interaction of meteor bodies with the atmosphere. For the heat transfer coefficient, a correlation is used depending on the velocity of the body, its radius and the atmospheric density, which is an approximation of numerical calculations available from the literature; convective heat flux is also taken into account. There is some uncertainty in the results of radiative heating simulations in the meteor range of parameters because of many factors are not taken into account in computations or are not known. Therefore, an uncertainty parameter is introduced into the expression for the heat transfer coefficient. By varying this parameter, the influence of the inaccuracy of setting the ablation parameter on the meteoroid velocity, mass loss, trajectory and energy deposition along the trajectory is studied.
meteoroid, ablation, radiative heat transfer coefficient
Рассматривается вход в атмосферу метеорного тела и его взаимодействие с ней. Путем численного решения уравнений метеорной физики моделируется движение, абляция и энерговыделение метеороида или его фрагментов, движущихся как единое тело. Основным параметром в этих уравнениях является параметр абляции, равный отношению коэффициента теплопередачи к эффективной энтальпии уноса массы. Поэтому задание коэффициента теплопередачи имеет определяющее значение при моделировании взаимодействия метеорных тел с атмосферой. Для коэффициента теплопередачи используется корреляционное соотношение в зависимости от скорости тела, его радиуса и плотности атмосферы, являющееся аппроксимацией доступных из литературы численных расчетов; учитывается также конвективная теплопередача. В результатах расчетов радиационного теплового потока в метеорном диапазоне параметров существует некоторая неопределенность, так как многие факторы не учитываются в этих расчетах или неизвестны. Поэтому в выражение для коэффициента теплопередачи вводится параметр неопределенности. Путем варьирования этого параметра исследуется влияние неточности задания параметра абляции на скорость метеороида, унос массы, выделение энергии вдоль траектории и на саму траекторию.
1. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. Моделирование движения, абляции и энерговыделения метеороида в атмосфере с учетом криволинейности траектории // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2020. Т. 21. Вып. 2. http://chemphys.edu.ru/issues/2020-21-2/articles/903/ 2. Суржиков С.Т., Шувалов М.П. Тестирование расчетных данных по радиационному и конвективному нагреву спускаемых космических аппаратов нового поколения // Теплофизика высоких температур. 2013. Т. 51. № 3. С. 456–470. 3. Суржиков С.Т., Шувалов М.П. Анализ радиационно-конвективного нагрева четырех типов спускаемых космических аппаратов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2014. Т. 15. Вып. 4. http://chemphys.edu.ru/issues/2014-15-4/articles/237/ 4. Брыкина И.Г., Егорова Л.А. Аппроксимационные формулы для радиационного теплового потока при больших скоростях // Изв. РАН. МЖГ. 2019. № 4. С. 123–134. 5. Park C. Inviscid-flow approximation of radiative ablation of asteroidal meteoroids by line-by-line method // AIAA Paper 2016–0506. 2016. 18 p. 6. Park C. Inviscid-flow approximation of radiative ablation of cometary meteoroids // AIAA Paper 2016–4430. 2016. 17 p. 7. Johnston C.O., Stern E.C., Wheeler L.F. Radiative heating of large meteoroids during atmospheric entry // Icarus. 2018. V. 309. Pp. 25–44. 8. Johnston C.O., Stern E.C. A model for thermal radiation from the Tunguska airburst // Icarus. 2019. V. 327. Pp. 48–59. 9. Johnston C.O., Mazaheri A., Gnoffo P., Kleb B., Sutton K., Prabhu D., Brandis A.M., Bose D. Radiative heating uncertainty for hyperbolic Earth entry, part 1: flight simulation modeling and uncertainty. J. Spacecraft & Rockets. 2013. V. 50. No 1. Pp. 19–38. 10. Brykina I.G., Bragin M.D. On models of meteoroid disruption into the cloud of fragments // Planetary & Space Sci. 2020. V. 187. No 104942. 11. Брагин М.Д., Брыкина И.Г. О моделировании энерговыделения фрагментированного метеороида в атмосфере // Изв. РАН. МЖГ. 2021. № 4. С. 114–124. 12. Бронштэн В.А. Физика метеорных явлений. М.: Наука, 1981. 416 с. 13. Стулов В.П., Мирский В.Н., Вислый А.И. Аэродинамика болидов. М.: Наука, 1995. 236 с. 14. Suttles J.T., Sullivan E.M., Margolis S.B. Curve fits of predicted inviscid stagnation-point radiative heating rates, cooling factors, and shock standoff distances for hyperbolic earth entry // NASA TN D–7622. 1974. 45 p. 15. Brandis A.M., Johnston C.O. Characterization of stagnation-point heat flux for Earth entry // AIAA Paper 2014–2374. 2014. 16. Брыкина И.Г., Тирский Г.А. Унос массы и световая кривая крупного метеороида. Аналитическое решение // Прикл. матем. и механ. 2017. Т. 81. № 5. С. 571–592. 17. ReVelle D.O. Dynamics and thermodynamics of large meteor entry: a quasi-simple ablation model. Planetary Sciences SR-76-1. 1976. 18. Borovička J., Spurný P., Brown P., Wiegert P., Kalenda P., Clark D., Shrbený L. The trajectory, structure and origin of the Chelyabinsk asteroidal impactor // Nature. 2013. V. 503 p. 235.
