Расчет аэротермодинамики высокоскоростного летательного аппарата X-43 с использованием компьютерных кодов UST3D и UST3D-AUSMPW


Просмотр статьи
PDF, 747,4 КБ

Calculation of aerothermodynamics for high-speed aircraft X-43 using computer code UST3D and UST3D-AUSMPW

In this article computer modeling of the aerodynamic coefficients for a high-speed aircraft model, which is analog to X-43 at Mach number M = 7 is performed. Calculation was realised using original and modified copyright computer codes (UST3D and UST3D-AUSMPW), which allow modeling the aerothermodynamic characteristics of aircraft with random geometry using three-dimensional unstructural tetrahedral grids. These copyright computer codes implement a model of viscous compressible heat-conducting gas, described by a spatial non-stationary system of Navier-Stokes equations. The theoretical aspects of aerothermodynamics computer modeling for high-speed aircraft are considered. Cross-verification copyright computer codes was implemented using distribution of the aerodynamic parameters, values of aerodynamic characteristics, as well as the time of solution. Both copyright computer codes gives a fairly reliable picture of the distribution for sought-for quantities fields, and also calculate the aerodynamic characteristics with high accuracy relative to each other.

gas dynamics, mathematic modelling, computational aerodynamics, copyright computer codes, unstructured grids, AUSM scheme, cross verification.

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.20.4.865


Том 20, выпуск 4, 2019 год



Выполнено компьютерное моделирование аэродинамических коэффициентов модели высокоскоростного летательного аппарата, аналогичного X-43, движущегося с числом Маха M=7. Расчеты проводилось с использованием оригинального и модифицированного авторских компьютерных кодов (UST3D и UST3D-AUSMPW), которые позволяют моделировать аэротермодинамику летательных аппаратов с произвольной геометрией на трехмерных неструктурированных тетраэдральных сетках. В основе данных кодов лежит модель вязкого сжимаемого теплопроводного газа, которая описывается пространственной нестационарной системой уравнений Навье-Стокса. Рассмотрены теоретические аспекты компьютерного моделирования аэротермодинамики высокоскоростных летательных аппаратов. Проведена перекрестная верификация данных компьютерных кодов на основе сравнения распределений аэродинамических параметров, значений аэродинамических характеристик, а также времени установления решения. Показано, что указанные компьютерные коды дают достаточно достоверную картину распределения полей искомых величин, а также рассчитывают аэродинамические характеристики с высокой точностью относительно друг друга.

газовая динамика, математическое моделирование, вычислительная аэродинамика, авторские компьютерные коды, неструктурированные сетки, схема AUSM, перекрестная верификация.

DOI: http://doi.org/10.33257/PhChGD.20.4.865


Том 20, выпуск 4, 2019 год



1. Schmisseur J. D. A Hypersonics Into the 21st Century: A Perspective on AFOSR-Sponsored Research in Aerothermodynamics in 43rd AIAA Fluid Dynamics Conference. San Diego, CA. June 24-27, 2013. DOI: 10.2514/6.2013-2606.
2. Bertin J. Hypersonic Aerothermodynamics. AIAA Education Series, 1994. 627 p.
3. Лунев В.В. Гиперзвуковая аэродинамика // М.: Машиностроение, 1975, 328 с.
4. Anderson J. Hypersonic and High-Temperature Gas Dynamics Second Edition // AIAA Education Series, 2006.
5. Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. Применение метода расщепления по физическим процессам для расчета гиперзвукового обтекания пространственной модели летательного аппарата сложной формы // ТВТ, 2013, т. 51, № 6, с. 897–911. DOI: 10.7868/S0040364413050232.
6. Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. Расчет гиперзвукового обтекания тел сложной формы на неструктурированных тетраэдральных сетках c использованием схемы AUSM // ТВТ, 2014, т. 52, № 2, с. 283–293. DOI: 10.7868/S0040364414020215.
7. Surzhikov S. T. Validation of computational code UST3D by the example of experimental aerodynamic data. Journal of Physics: Conference Series, 2017, vol. 815, p. 012023. DOI: 10.1088/1742-6596/815/1/012023.
8. Яцухно Д.С. Суржиков С.Т. Метод расщепления по физическим процессам в задаче моделирования обтекания перспективного высокоскоростного летательного аппарата // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. 2018. № 1. c. 20–33. DOI: 10.18698/0236-3941-2018-1-20-33.
9. Суржиков С.Т. Компьютерная аэрофизика спускаемых космических аппаратов. Двух-мерные модели // М.: Физматлит, 2018, 544 с.
10. Суржиков С.Т. Аэрофизика гиперзвукового потока у поверхности спускаемого космического аппарата на высотах менее 60 км // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия Естественныек науки, 2016, № 5 (68), c. 33-45.
11. Забарко Д.А., Котенев В.П. Численное исследование ламинарных течений вязкого химически реагирующего газа около затупленных тел // Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Серия Естественные науки, 2006, № 1 (20), c. 77-95.
12. Kryuchkova A.S. Development and testing of non-viscid solver based on UST3D program-ming code. Journal of Physics: Conference Series, 2019, vol. 1250, p. 012009. DOI: 10.1088/1742-6596/1250/1/012009.
13. Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике // М.: Наука, 1982, 391 с.
14. Roache P. Computational Fluid Dynamics, Hermosa Publishers, P. 434.
15. Kim K., Kim C. and Rho O.-H. Methods for the Accurate Computations of Hypersonic Flows I. AUSMPW+ Scheme. Journal of Computational Physics, 2011, vol. 174, no. 1, pp. 38-80.
16. Reubush D.E., Nguyen L.T., Rausch V.L. Review of X-43A return to flight activities and current status // AIAA 2003-7085. 2003. 12 p.
17. Engelund W.C., Holland S.D, Cockrell C.E. et all. Propulsion system airframe integration issues and aerodynamic database development for the Hyper – X flight research vehicle // ISOABE 99-7215. 1999: 12 p.
18. www.nasa.gov/missions/research/x43-main.html
19. Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен В 2 томах // М.: Мир, 1990, 728 с.