Численное решение сопряженной задачи гиперзвуковой аэродинамики и термомеханики термодеструктирующих конструкций
Авторы: Димитриенко Ю.И., Захаров А.А., Коряков М.Н., Сыздыков Е.К., Минин В.В.
Опубликовано в выпуске: #9(21)/2013
DOI: 10.18698/2308-6033-2013-9-1114
Раздел: Математическое моделирование | Рубрика: Моделирование в аэрогидродинамике
Сформулирована постановка сопряженной задачи аэрогазодинамики, внутреннего тепломассопереноса и термопрочности теплозащитных конструкций гиперзвуковых летательных аппаратов. Предложен метод численного решения этой задачи, основанный на введении двух временных масштабов - "медленного" времени, соответствующего характерному времени распространения тепла в конструкции оболочки летательного аппарата, и "быстрого" времени, соответствующего характерному времени установления внешнего аэродинамического потока. Представлены примеры численного решения сопряженной задачи аэрогазодинамики и термопрочности элементов теплозащитных конструкций перспективного летательного аппарата. Показано, что вследствие высоких температур аэродинамического нагрева конструкций из полимерных композиционных материалов в них может происходить терморазрушение из-за термодеструкции полимерной фазы и образования интенсивного внутреннего газообразования в материалах конструкции.
Литература
[1] Anderson J. D., Hypersonic and High-Temperature Gas Dynamics. 2nd ed. Res-ton, Virginia. American Institute of Aeronautics and Astronautics, 2006. 232 p.
[2] Лунёв В.В. Гиперзвуковая аэродинамика. Москва, Машиностроение, 1975, 330 с.
[3] Гиперзвуковая аэродинамика и тепломассообмен спускаемых космических аппаратов и планетных зондов. Москва, ФИЗМАТЛИТ, 2011, 548 с.
[4] Лесин А.Б., Лунёв В.В. Аномальный теплообмен на треугольной пластине с затупленным носком в гиперзвуковом потоке. Механика жидкости и газа, 1994, № 2
[5] Jack J. McNamara, Peretz P. Friedmann. Aeroelastic and Aerothermoelastic Analysis of Hypersonic Vehicles: Current Status and Future Trends// 48th AIAA/ ASME/ASCE/AHS/ASC Structures, Structural Dynamics, and Materials Conference, 23-26 April 2007, Honolulu, Hawaii (http://www.mecheng.osu.edu/lab/cael/sites/default/files/AIAA-2007-2013)
[6] Crowell A.R., McNamara J.J., Miller B.A., Hypersonic Aerothermoelastic Response Prediction of Skin Panels Using Computational Fluid Dynamic Surrogates. ASDJournal, 2011, vol. 2 (2), pp. 3-30
[7] Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. Москва, Энергия, 1976, 368 с.
[8] Хусаинов М. А. Термопрочность тугоплавких материалов, полученных газофазным осаждением. Ленинград, ЛГУ, 1979, 158 с.
[9] Димитриенко Ю.И. Механика композиционных материалов при высоких температурах. Москва, Машиностроение, 1997, 366 с.
[10] Dimitrienko Yu.I. Thermal stresses and heat mass-transfer in ablating composite materials. International Journal of Heat Mass Transfer, 1995, vol. 38 (1), p. 139-146
[11] Dimitrienko Yu.I. Thermal Stresses in Ablative Composite Thin-Walled Structures under Intensive Heat Flows. International Journal of Engineering Science, 1997, vol. 35 (1), p. 15-31
[12] Димитриенко Ю.И., Захаров А.А., Коряков М.Н. Модель трехмерного пограничного слоя и ее численный анализ // Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Естественные науки. Спец. вып., 2011, с. 136-150
[13] Димитриенко Ю.И., Захаров А.А., Коряков М.Н., Сыздыков Е.К. Численное решение сопряженной задачи аэрогазодинамики и внутреннего теплопререноса в конструкциях гиперзвуковых летательных аппаратов. Инженерный журнал: наука и инновации, 2012, вып. 11. URL: http://engjounal.ru/catalog/mathmodel/aero/426.html
[14] Димитриенко Ю.И., Минин В.В., Сыздыков Е.К. Численное моделирование процессов тепломассопереноса и кинетики напряжений в термодеструктирующих композитных оболочках. Вычислительные технологии, 2012, т. 17, № 2, с. 44-60
[15] Димитриенко Ю.И., Котенев В.П., Захаров А. А. Метод ленточных адаптивных сеток для численного моделирования в газовой динамике. Москва, ФИЗ-МАТЛИТ, 2011, 286 с.
[16] Краснов Н.Ф. Аэродинамика. В 2 т. Москва, Высш. школа, 1980, т. 1, 495 с., т. 2, 416 с.
[17] Димитриенко Ю.И. Тензорное исчисление. Москва, Высшая школа, 2001, 575 с.
[18] Dimitrienko Yu.I., Efremov G.A., Chernyavsky S.A. Optimal Designing of Erosion-Stable Heat-Shield Composite Materials. Int. Journal of Appl. Composite Materials, 1997, vol. 4 (1), p. 35-52
[19] 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