Тепломассоперенос на затупленных носовых частях высокоскоростных летательных аппаратов в условиях аэродинамического нагрева


Авторы

Тушавина О. В.

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

e-mail: tushavinaov@mai.ru

Аннотация

В представленной работе разработана приближенно-аналитическая модель для анализа тепловых нагрузок на затупленных носовых частях высокоскоростных летательных аппаратов (ВЛА) в условиях аэродинамического нагрева. На основе решения системы уравнений диссоциирующего пограничного слоя в переменных Дородницына-Лиза получены замкнутые выражения, позволяющие определить конвективные и диффузионные тепловые потоки в передней критической точке. Уравнения баланса, объединяющие конвективно-кондуктивные, диффузионные и лучистые тепловые потоки, использованы для расчета температуры поверхности затупления, что обеспечивает учет взаимного влияния различных механизмов теплопереноса в условиях высоких скоростей и химической диссоциации газа. Проведено численное моделирование, охватывающее широкий диапазон чисел Маха, концентраций атомарных компонент в бинарном газе и коэффициентов каталитической рекомбинации, что позволило установить количественные зависимости между этими параметрами и тепловыми характеристиками поверхности. Результаты демонстрируют значительное влияние степени каталитической активности материала на распределение тепловых потоков: увеличение коэффициента рекомбинации приводит к росту диффузионной составляющей теплопереноса, что в сочетании с конвективным нагревом существенно повышает температуру поверхности.

Ключевые слова:

тепломассоперенос, высокоскоростные летательные аппараты, аэродинамический нагрев, конвективные тепловые потоки, диффузионные тепловые потоки, каталитическая рекомбинация, теплозащитные материалы, уравнения Дородницына-Лиза

Список источников

  1. Тушавина О.В., Пронина П.Ф., Егорова М.С. Определение тепловых потоков и температур поверхности элементов конструкций высокоскоростных летательных аппаратов при обтекании диссоциирующим потоком газа // СТИН. 2023. № 12. С. 37–40.
  2. Тушавина О.В., Егорова М.С. Задачи тепломассопереноса в химически реагирующих пограничных слоях на затупленных телах // Ученые записки Казанского университета. Серия: Физико-математические науки. 2023. Т. 165. № 3. С. 294–306.
  3. Tushavina O.V., Egorova M.S., Pronina P.F. Modeling of heat transfer in a plate made of composite material in the presence of a thermal energy sink // Lobachevskii Journal of Mathematics. 2024. Т. 45. № 5. С. 2403–2409.
  4. Пронина П.Ф., Тушавина О.В. Теплоперенос в средах с конечной скоростью распространения тепловых возмущений // СТИН. 2024. № 12. С. 44–47.
  5. Дорронс У.Х. Гиперзвуковые течения вязкого газа. Изд-во Мир. 1966. 440 с.
  6. Сотник Е.В., Никитин П.В. Катализ и излучение в системах тепловой защиты космических аппаратов. М.: Янус-К, 2013. 336 с. 
  7. Краснов Н.Ф. Аэродинамика тел вращения. М.: Машиностроение, 1964. 572 с.
  8. Авдуевский В.С., Галицейский Б.М., Глебов Д.А. и др. Основы теплопередачи в авиационной и ракетно-кос-мической технике. М.: Машиностроение, 1992. 624 с.
  9. Формалев В.Ф., Колесник С.А. Математическое моделирование сопряженного тепломассопереноса между вязкими газодинамичексими течениями и анизатропными телами. М.: Изд. ЛЕНАЛД, 2022. 348 с.
  10. Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. М.: Энергия, 1976. 392 с.
  11. Суржиков С.Т. Расчетное исследование аэротермодинамики обтекания затупленных тел на примере анализа экспериментальных данных. М.: ИПМех. РАН, 2011. 192 с.
  12. Волков Д.П., Заричняк Ю.П., Пилипенко Н.В. Конвективный теплообмен в волокнистых материалах // Тепловые процессы в технике. 2023. Т. 15. № 4.
  13. Зинкевич В.П., Ненарокомов А.В. Моделирование теплового потока в экранно-вакуумной теплоизоляции с применением уточненной математической модели // Тепловые процессы в технике. 2024. Т. 16. № 10.

mai.ru — информационный портал Московского авиационного института

© МАИ, 2018-2025