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.
Расчет аэротермодинамики высокоскоростного летательного аппарата X-43 с использованием компьютерных кодов UST3D и UST3D-AUSMPW
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.
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. Lunev V.V. Hypersonic aerodynamics. M.: Mechanical engineering, 1975, P. 328. 4. Anderson J. Hypersonic and High-Temperature Gas Dynamics Second Edition // AIAA Educa-tion Series, 2006. 5. Zheleznyakova A.L., Surzhikov S.T. Application of the method of splitting by physical processes for the computation of a hypersonic flow over an aircraft model of complex configuration. High Temperature, 2013, vol. 51, № 6, pp. 816–829. DOI: 10.1134/S0018151X13050234. 6. Zheleznyakova A.L., Surzhikov S.T.Calculation of a hypersonic flow over bodies of complex configuration on unstructured tetrahedral meshes using the AUSM scheme High Temperature, 2014, vol. 52, № 2, pp. 271–281. DOI: 10.1134/S0018151X14020217. 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. Yatsukhno D.S., Surzhikov S.T. Method for Splitting into Physicall Processes in Task of the Flow Over a Perspective High-Speed Vehicle Modelling. Vestn. Mosk. Gos. Tekh. Univ. im. N.E. Baumana, Mashinostr. [Herald of the Bauman Moscow State Tech. Univ., Mech. Eng.], 2018, no. 1, pp. 20–33. DOI: 10.18698/0236-3941-2018-1-20-33. 9. Surzhikov S.T. Computer aerophysics of descent spacecraft. Two-dimensional models. M.: Fizmatlit, 2018, P. 544. 10. Surzhikov S.T. Аerophysics of the hypersonic air flow above surface of space vehicle at altitudes of less than 60 km Vestn. Mosk. Gos. Tekh. Univ. im. N.E. Baumana, Estestv. Nauki. [Herald of the Bauman Moscow State Tech. Univ., Natural Sciences. Eng.], 2016, no. 5 (68), pp. 33-45. 11. Zabarko D.A., Kotenev V.P. Numerical study of laminar flows of a viscous chemically reacting gas near blunt bodies Vestn. Mosk. Gos. Tekh. Univ. im. N.E. Baumana, Estestv. Nauki. [Herald of the Bauman Moscow State Tech. Univ., Natural Sciences. Eng.], 2006, no. 1 (20), pp. 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. Belotserkovsky O.M., Davydov Y.M. The method of large particles in gas dynamics. M.: Science, 1982, P. 391. 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 cur-rent 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. Anderson D., Tannehill J., Pletcher R. Computational fluid mechanics and heat transfer. 3rd Edition // CRC Press, 2012, P. 774.
