Влияние лучистого теплообмена на уровень температуры поверхности сферической формы при высокоскоростном обтекании


Авторы

Зубко А. А.*, Кожемяко А. С.**, Никитин П. В.***, Пашков О. А.****, Платонов И. М.*****

Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет), 125993, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 4

*e-mail: shkuratenko.anna@mail.ru
**e-mail: sir.kozhemiacko@gmail.com
***e-mail: petrunecha@gmail.com
****e-mail: gfon@narod.ru
*****e-mail: platonov@mai.ru

Аннотация

В представленной статье приведены результаты исследования влияния лучистого теплообмена на температурный режим, который формируется на поверхности летательного аппарата сферической формы. Для проведения моделирования использовалась современная математическая модель, основанная на численных методах решения дискретизированных уравнений механики сплошной среды. Анализ показал, что может быть оказано значительное влияние на распределение температуры на поверхности объекта, особенно при высоких скоростях обтекания и экстремальных температурах. В частности, были рассмотрены реальные физические ситуации, возникающие при взаимодействии тел с различными видами газовых потоков. Результаты работы имеют практическое значение для проектирования и эксплуатации систем, работающих в условиях интенсивного теплового воздействия. 

Ключевые слова:

набегающий поток, расчетная сеточная модель, тепло-массообмен, скорост- ной поток, численное моделирование, лучистый теплообмен

Библиографический список

  1. Никитин П.В. Тепловая защита. Учебник высшей школы. М.: Изд. МАИ, 2006. 510 с.
  2. Зубко А.А., Мякочин А.С., Никитин П.В. и др. Методы и средства исследования интенсивного теплообмена. М.: Изд-во МАИ, 2022. 120 с.
  3. Дорренс У.Х. Гиперзвуковые течения вязкого газа. М.: Мир, 1966.
  4. Dorrance W.H. Viscous hypersonic flow. Theory of Reacting Hypersonic Boundary Layers. New York: Dover Publications. 2017. 352 p.
  5. Тирский Г.А., Сахаров В.И., Ковалев В.Л. и др. Гиперзвуковая аэродинамика и тепломассообмен спускаемых космических аппаратов и планетных зондов. М.: Физматлит, 2011. 546 с.
  6. Formalev V.F., Kolesnik S.A., Garibyan B.A. Analytical solution of the problem of conjugate heat transfer between a gasdynamic boundary layer and anisotropic strip. Herald of the Bauman Moscow State Technical University. Series Natural Sciences. 2020. Vol. 5. № 92. pp. 44–59. DOI: 10.18698/1812-3368-2020-5-44-59
  7. Scalabrin L.C. Numerical Simulation of Weakly Ionized Hypersonic Flow over Reentry Capsules. PhD. thesis. Michigan: University of Michigan; 2007.
  8. Formalev V.F., Kolesnik S.A., Kuznetsova E.L. Effect of Components of the Thermal Conductivity Tensor of Heat-Protection Material on the Value of Heat Fluxes from the Gasdynamic Boundary Layer. High Temp. 2019. Vol. 57. pp. 66–71. DOI: 10.1134/S0018151X190 10085
  9. Hein T.Z., Garibyan B.A., Vakhneev S.N. Analytical study of joint heat transfer between a gas-dynamic boundary layer and an anisotropic strip. INCAS bulletin. 2020. Vol 12. pp. 233–243. DOI: 10.13111/2066-8201. 2020.12.S.22
  10. Scoggins J.B., Lani A., Riviere P. 3D Radiative HeatTransfer Calculations using Monte Carlo Ray Tracing and the Hybrid Statistical Narrow Band Model for Hypersonic Vehicles. AIAA-2017-4536. 2017. DOI: 10.25 14/6.2017-4536
  11. Yang X., Wang J., Zhou Y. et al. Assessment of Radiative Heating for Hypersonic Earth Reentry Using Nongray Step Models. Aerospace. 2022. Vol. 9. 219 p. DOI: 10.3390/aerospace9040219
  12. Bobylev A.V., Vaganov A.V., Dmitriev V.G. Development of aeroshape and investigation of small-sized winged re-entry vehicle aerothermodynamic characteristics. TsAGI Science Journal. 2010. Vol. 40. pp. 279–298. DOI: 10.1615/TsAGISciJ.v40.i3.10
  13. Быков Л.В., Никитин П.В., Пашков О.А. Математическое моделирование процессов обтекания затупленного тела высокоскоростным потоком // Труды МАИ. 2014. № 78.
  14. Пашков О.А. Тепло-массообмен на поверхности элементов конструкции гиперзвуковых летательных аппаратов самолетных схем при полете в атмосфере: Дисс. ... канд. техн. наук. Москва, 2016. 157 с.
  15. Pashkov O.A., Garibyan B.A. Heat and mass transfer processes at the most heat-stressed areas of the surface of the descent module. Advances in Aircraft and Spacecraft Science. 2022. Vol. 9. № 6. рp. 493–506.
  16. Pashkov O.A., Garibyan B.A. Estimation of the influence of grid resolution on the results of numerical simulation the flow around a high-speed aircraft. International Scientific Conference «Fundamental and Applied Scientific Research in the Development of Agriculture in the Far East» (February 28, 2023).
  17. Vaganov A.V., Drozdov S., Kosykh A.P. et al. Numerical Simulation of Aerodynamics of Winged Reentry Space Vehicle. TsAGI Science Journal. 2009. Vol. 40. рp. 131–149. DOI: 10.1615/TsAGISciJ.v40.i2.10
  18. Никитин П.В., Сотник Е.В. Катализ и излучение в системах тепловой защиты космических летательных аппаратов. М.: Янус-К, 2013. 384 с.
  19. Зубко А.А., Никитин П.В. Тепло- и массообмен на каталитически активной поверхности головной части космического аппарата планирующего класса // Тепловые процессы в технике, 2016. Т. 8 № 8.
  20. Alifanov O.M., Cherepanov V.V. Mathematical simulation of High-Porousity Fibrous Materials and Determination of Their Phisical Properties. High Temperature. 2009. Vol. 47. № 3. рp. 438–447.
  21. Dombrovskiy L.А. Quartz-fiber thermal insulation: Infrared radiative properties and calculation of radiativeconductive heat transfer. ASME J.Heat Transfer. 1996. Vol. 118. № 2. pp. 408–414.
  22. Chui E.H., Raithby G.D. Computation of Radiant Heat Transfer on a Non-Orthogonal Mesh Using the FiniteVolume Method. Numerical Heat Transfer. 1993. Part B. № 23. pp. 269–288.
  23. Raithby G.D., Chui E.H. A Finite-Volume Method for Predicting a Radiant Heat Transfer in Enclosures with Participating Media. Journal Heat Transfer. 1990. № 112. pp. 415–423.
  24. Murthy J.Y., Mathur S.R. A Finite Volume Method For Radiative Heat Transfer Using Unstructured Meshes. 1998. AIAA-98-0860. 

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2025