Engineering calculation of thermal field in the head part of hypersonic vehicle
The problem of high-temperature heating the head part of hypersonic vehicle (HSV) was considered. For an estimation of the maximum heating temperature (Tmax) the calculations of thermal field were done by means using the invisсid and viscous models of gas flows for different Mach numbers M=1÷7. For comparison, the graphs of Tmax(M) are shown for the both cases. The engineering approach for the thermal calculations at HSV head has been proposed, which is using previously probed mathematical model of high temperature radiative-conductive heat transfer in industrial thermal processes. The calculated thermal fields were analyzed for the hypothetical construction of HSV head and the innovative tools, which illustrate some possibilities of the active thermal protection.
hypersonic flow, thermal protection, computational aerodynamics, finite element method
Рассматривается проблема высокотемпературного нагрева головной части гиперзвукового летательного аппарата (ГЛА). Для оценки максимальной температуры нагрева Tmax были проведены расчеты теплового поля вне ГЛА по моделям невязкого и вязкого газа для различных чисел Маха М=1÷7. Для сравнения приведены графики зависимости Tmax(M) в обоих случаях. Предложен вариант инженерного подхода к расчету теплового поля в головной части ГЛА с использованием апробированной авторами ранее методики решения высокотемпературных радиационно-кондуктивных задач для технологических установок. Приводятся результаты расчета теплового поля для гипотетической конструкции головной части ГЛА, иллюстрирующие некоторые направления активной тепловой защиты.
гиперзвуковое течение, тепловая защита, вычислительная аэродинамика, метод конечных элементов
1. Никитин П.В. Тепловая защита: Учебник. М.: Изд-во МАИ. 2006. 512 с. 2. Димитриенко Ю.И., Коряков М.Н., Захаров А.А., Сыздыков Е.К. Развитие метода ленточно-адаптивных сеток на основе схем TVD для решения задач газовой динамики // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки. 2011. №2. С. 87–97. 3. Керножицкий В.А., Колычев А.В., Охочинский Д.М. Патент РФ №2404087: Термоэмиссионный способ тепловой защиты частей летательных аппаратов при их аэродинамическом нагреве. Роспатент. 2010. 4. 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. 5. Гришин А.М., Голованов А.Н., Зинченко В.И., Ефимов К.Н., Якимов А.С. Математическое и физическое моделирование тепловой защиты. Томск: Изд-во Том. ун-та. 2011. 358 с. 6. Носочёв Л.В. Патент РФ № 2558525: Устройство активной теплозащиты и модуляции аэродинамического сопротивления гиперзвукового БПЛА. Роспатент. 2014. 7. Котов М.А., Рулева Л.Б., Козлов П.В., Суржиков С.Т. Предварительные экспериментальные исследования обтекания моделей в гиперзвуковой ударной аэродинамической трубе // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2013. Т. 14, № 2. http://chemphys.edu.ru/issues/2013-14-2/articles/394 8. Thomas J. L., Salas M. D. Far field boundary conditions for transonic lifting solutions to the Euler equations // AIAA Journal. 1986. V. 24. P. 1074–1080. 9. Котов М.А., Крюков И.А., Рулева Л.Б., Солодовников С.И., Суржиков С.Т. Расчетно-экспериментальное исследование структуры гиперзвукового потока в плоском канале сложной конфигурации // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2015. №1. С. 4–21. 10. Простомолотов А.И., Верезуб Н.А., Ильясов Х.Х. Дистанционное и сопряженное моделирование тепломассопереноса и дефектообразования в технологических процессах // Изв. ВУЗов. Материалы электронной техники. 2015. Т. 18, № 1. С. 31–36. 11. 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.
