Лучисто-конвективный теплообмен спускаемых аппаратов


Просмотр статьи
PDF, 686,6 КБ

Radiative-convective heat transfer of reentry vehicles

Peculiarities of radiative-convective heat transfer of truncated sphere shaped reentry vehicles are considered either for orbital entry to the Earth atmosphere (entry velocity of V = 7.5 km/s) or after planned Lunar or Martian mission returns (entry velocity of V = 11.6 km/s). Both physical models used for radiative heat transfer predictions and their applicability margins are analyzed. A method for numerical simulation of reentry vehicles radiative-convective heating based on integration of Navier-Stokes equations for equilibrium air as well as the validation of the method using available experimental data including flight tests are presented.

Вячеслав Иванович Власов, Георгий Николаевич Залогин, В. В. Лунев, Дмитрий Александрович Чураков

Том 13, выпуск 1, 2012 год



Рассмотрены особенности лучисто-конвективного теплообмена спускаемых аппаратов (СА) сегментально-конической формы, входящих в атмосферу Земли с орбиты ее искусственного спутника (скорость входа V = 7.5 км/с) и после планируемых полетов к Луне и Марсу (скорость входа V = 11.6 км/с). Проводится анализ физических моделей, используемых при расчетах лучистого теплообмена и границ их применимости. Представлен метод расчета лучисто-конвективного теплообмена СА, основанная на решении уравнений Навье-Стокса для равновесно-диссоциирующего воздуха и результаты ее тестирования по имеющимся экспериментальным данным, включая летные эксперименты.

Вячеслав Иванович Власов, Георгий Николаевич Залогин, В. В. Лунев, Дмитрий Александрович Чураков

Том 13, выпуск 1, 2012 год



1. Конвективный теплообмен изделий РКТ. Руководство для конструкторов. Под редакцией докт. техн. наук Б.А. Землянского. Г. Королев, Московской обл. 2010.
2. Тир Т., Георгиев С., Аллен Р. Неравновесное излучение от фронта ударной волны. В кн. :Исследование гиперзвуковых течений. Под редакцией Риддела Ф.Р. М. : Мир, 1964.
3. Camm J., Kivel B., Taylor R., Teare J.D. Absolute Intensity of Non-Equilibrium Radiation in Air and Stagnation Heating at High Altitudes.– JQSRT, 1961, vol. 1, № 1, p. 53.
4. Анфимов Н.А., Румынский А.Н. Лучисто-конвективный теплообмен и теплозащита космических аппаратов, спускаемых на поверхность Земли и других планет солнечной системы. Проблемы механики и теплообмена в космической технике. Под ред. О.М. Белоцерковского.– М.: Машиностроение, 1982. 272 с.
5. Андерсон мл. (J.A. Anderson Jr.) Обзор исследований излучающего сжатого слоя с инженерной точки зрения. Ракетная техника и космонавтика т.7, № 9, 1969. С. 3-17. (AIAA Journal. Vol. 7, № 9. 1969).
6. Воинов Л.П., Залогин Г.Н., Лунев В.В., Тимошенко В.П. Сравнительный анализ лабораторных и натурных данных о каталитичности материалов теплозащиты ЛА “Бор” и “Буран”. // Космонавтика и ракетостроение, 1994, № 2, с.51-57.
7. Залогин Г.Н., Лунев В.В. О каталитических свойствах материалов в неравновесном потоке диссоциированного воздуха.// Изв. РАН, МЖГ,1997, №5.
8. Yamamoto Y., Yoshioka M. CFD and FEM Coupling Analysis of OREX Aerothermodynamic Flight data. – AIAA Paper 95-2087, 1995.
9. Inouye Y. OREX Flight – Quick Report and Lessons Learned. – Proc. of Second European Symposium on Aerothermodynamics for Space Vehicles, held in ESTEC. Noordwijk, The Netherlands, ESA SP-367, 1994 рр. 271-278.
10. Watanabe Y., Inouye Y., Akimoto T., et al Computational and Experimental Studies on an Electrostatic Probe and Catalytic Sensor for a Reentry Experiment. – AIAA Paper 93-0479, 1993.
11. Gupta R.N., Moss J.N., Price J.M. Assessment of Thermochemical Nonequilibrium and Slip Effects for Orbital Re-Entry Experiment. – J. Thermophysics and Heat Transfer, 1997, v. 11, № 4, рр.562-569.
12. Kurotaki T. Construction of catalytic model on SiO2-based surface for O2-O or N2-N binary mixture gas. – Proc. of 31st Fluid Dynamics Conf. Japan, 1999, рр.5-8.
13. Власов В. И., Горшков А. Б. Сравнение результатов расчетов гиперзвукового обтекания затупленных тел с летным экспериментом OREX. – Изв. РАН, Механика жидкости и газа, 2001, № 5.
14. Surzhikov S.T., Shang J.S. Kinetic Models Analysis For Super-Orbital Aerophysics. 46th AIAA Aerocpace Sciences Meeting and Exhibit 7-10 January 2008, Reno, Nevada. AIAA 2008-1278.
15. Каменщиков В.А., Пластинин Ю.А., Николаев В.М., Новицкий Л.А. Радиационные свойства газов при высоких температурах. М.: Машиностроение, 1971, с. 440.
16. Авилова Н.В., Биберман Л.М., Воробьев В.С., и др. Оптические свойства горячего воздуха. М.: Наука, 1970, с.320.
17. Yury A. Plastinin, Georgy F. Karabadzhak, Boris A. Khmelinin, Boris A. Zemliansky, Andrey B. Gorshkov, Georgy N. Zalogin. Measurements of the UV Radiation Generated by the Soyuz Spacecraft Transport Capsule During Re-entry // AIAA Paper 2007-0815, 45th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 8 - 11 January 2007, Reno, Nevada.
18. Горшков А. Б. Излучение в ближнем ультрафиолете при входе космического аппарата в атмосферу Земли // Математическое моделирование. 2009. Т.21. № 6. С.79-88.
19. Власов В.И., Горшков А.Б., Залогин Г.Н Землянский Б.А., Карабаджак Г.Ф., Пластинин Ю.А., Хмелинин Б.А. Верификация термохимических и радиационных моделей высокотемпературного воздуха по результатам наблюдения ультрафиолетового излучения около спускаемого аппарата «Союз ТМА». Космонавтика и ракетостроение, 2006, вып. 3(44), стр. 116-124.
20. Залогин Г.Н., Лунев В.В., Пластинин Ю.А. Ионизация и неравновесное излучение воздуха за сильными ударными волнами // Изв. АН СССР, МЖГ, 1980, № 1, с. 105-112.
21. Горелов В.А., Кильдюшова Л.А. Особенности процессов ионизации и излучения за сильными ударными волнами в воздухе. ПМТФ, 1987, № 6, с. 23-28.
22. Johnston C.O. A Comparison of EAST Shock-Tube Radiation Measurements With a New Radiation Model. 46th AIAA Aerocpace Sciences Meeting and Exhibit 7-10 January 2008, Reno, Nevada. AIAA 2008-1245.
23. Park C., Review of Chemical-Kinetics Problems of Future NASA Missions, I: Earth Entries. Journal of Thermophysics and Heat Transfer, vol. 7, 1993.
24. Surzhikov S.T., Shang J.S. Radiative and Convective Heating of ORION Space Vehicles at Earth Orbital Entries. 49th AIAA Aerocpace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition 4-7 January 2011, Orlando, Florida. AIAA 2011-251.
25. Митчнер М., Кругер Ч. Частично ионизованные газы. Из-во «Мир». М. 1976. С.496.
26. Чураков Д.А. Численное исследование теплообмена на поверхности аппарата PRE-X. Научные чтения, посвященные 90-летию со дня рождения Ю.А. Мозжорина. Тез. Докл. ЦНИИмаш. 23-24 ноября 2010 г. с 95.
27. Hollis B., Berger K., Horvath T. et al. Aeroheating Testing and Predictions for Project Orion CEV at Turbulent Conditions // AIAA Paper 2008-1226, 46th AIAA Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 7 - 10 January 2008, Reno, Nevada.
28. Hollis Brian R. and Perkins John N. High-Enthalpy and Perfect-Gas Heating Measurements on a Blunt Cone // Journal of Spacecraft and Rockets, Vol. 33, No. 5, September-October 1996.
29. Lee, D.B., Goodrich, W.D. NASA TN D-6028, 1970.
30. Wright, M.J., et al.. AIAA 2004-2456.
31. Johnston C.O. Nonequilibrium Shock-Layer Radiative Heating for Earth and Titan Entry. Dissertation Ph. D. Blacksburg, Virginia. 2006.
32. Park C. Stagnation-Point Radiation for Apollo 4. J. of Thermophysics and Heat Transfer. V. 18, pp. 349-357. 2004.
33. Sutton K., Air Radiation Revisited. AIAA Paper 84-1733. 1984.