МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ АЭРОГАЗОТЕРМОДИНАМИКИ СВЕРХЗВУКОВОГО ЛЕТАТЕЛЬНОГО АППАРАТА С ПРЯМОТОЧНЫМ ВОЗДУШНО-РЕАКТИВНЫМ ДВИГАТЕЛЕМ

Тимошенко, ВИ, Галинский, ВП
Косм. наука технол. 2020, 26 ;(2):03-18
https://doi.org/10.15407/knit2020.02.003
Язык публикации: Русский
Аннотация: 
Обсуждаются основные вопросы разработки расчетно-методического обеспечения для проведения оперативных комплексных расчетов термогазодинамических процессов в элементах прямоточного воздушно-реактивного двигателя (ПВРД), интегрированного с корпусом летательного аппарата (ЛА), маршевыми методами. Численное моделирование течения в ПВРД разбивается на такие составляющие – обтекание корпуса ЛА, течение в воздухозаборном устройстве (ВЗУ), камере сгорания и сопле с выхлопной струей. Расчет сверхзвукового течения около корпуса аппарата, во входной части ВЗУ и в выхлопной струе осуществляется в невязком приближении с использованием схемы Годунова или с учетом вязкости с использованием модели «вязкого слоя». Области дозвукового течения в выходной части ВЗУ и дозвукового неравновесного течения в камере сгорания рассчитываются с использованием модели «узкого канала» или в квазиодномерном приближении. Обсуждаются вопросы подбора геометрических параметров камеры сгорания и околокритической части выходного сопла в случае задания параметров потока на выходе из ВЗУ. Проведен анализ различных моделей воспламенения и горения керосина в камере сгорания. Расчет течения в выхлопной струе осуществляется с учетом обтекания нижней хвостовой части поверхности ЛА и взаимодействия струи с возмущенным набегающим потоком. Представлены результаты оценочных расчетов в двумерном приближении отдельных элементов и полной компоновки ЛА стилизованной формы.
Ключевые слова: воздухозаборное устройство, выхлопная струя, горение керо- сина, камера сгорания, летательный аппарат, маршевые методы расчета, оперативный численный расчет, прямоточный воздушно-реактивный дв игатель, сопло, термогазодинамические процессы
References: 
1. Артемов О. А. Прямоточные воздушно-реактивные двигатели (расчет характеристик): Монография. Москва: Компания Спутник+, 2006. 374 с.
2. Борисов А. Д., Васютичев А. С., Лаптев И. В. К выбору параметров прямоточного воздушно-реактивного двигателя, обеспечивающих заданный режим маршевого полёта летательного аппарата. Тр. МАИ. 2018. № 100. URL:http://trudymai.ru/published.php? (дата звернення 09.07.2019).
3. Гунько Ю. П., Мажуль И. И. Интегральная аэрогазодинамика гиперзвуковых летательных аппаратов с прямоточными воздушно-реактивными двигателями со сверхзвуковым горением. Теплофизика и аэромеханика. 1995. 3, №4. С. 309—321.
4. Гутов Б. И., Звегинцев В. И., Мельников А. Ю. Влияние теплоподвода в камере сгорания на течение в диффузоре сверхзвукового воздухозаборника. Вестник Пермского нац. исслед. политех. ун-та. Аэрокосмическая техника. 2017. № 50. C. 15—25.
5. Жуков В. Т., Мануковский К. В., Новикова Н. Д., Рыков Ю. Г., Федоритова О. Б. Исследование картины течения в модельном тракте двигателя высокоскоростного летательного аппарата. Препринт ИПМ им. М. В. Келдыша. 2015. № 5. 23 с.
6. Карасев В. Н., Левин В. М. Моделирование тяговых характеристик прямоточного воздушно-реактивного двигателя для больших сверхзвуковых скоростей полета. Тр. МАИ. 2013. № 64. URL www.mai.ru/science/trudy (дата звернення 09.07.2019).
7. Ковеня В. М., Тарнавский Г. А., Черный С. Г. Применение метода расщепления в задачах газовой динамики. Москва: Наука, 1981. 304 с.
8. Копченов В. И., Гуськов О. В. О формировании режима горения и газодинамической структуры потока в канале при сверхзвуковых условиях на входе. Вестник Нижегородского ун-та им. Н. И. Лобачевского. 2011. № 4(5). C. 2260—2262.
9. Лапин Ю. В., Стрелец М. Х. Внутренние течения газовых смесей. Москва: Наука, 1989. 368 с.
10. Левин В. М. Проблемы организации рабочего процесса в ПВРД. Физика горения и взрыва. 2010. 46, № 4. С. 45—55.
11. Рогов Б.В., Соколова И. А. Обзор моделей вязких внутренних течений. Математическое моделирование. 2002. 14, № 1. С. 87—96.
12. Тимошенко В. И. Теоретические основы технической газовой динамики. Киев: Наукова думка, 2013. 426 c.
13. Тимошенко В. И. Однородный алгоритм расчета истечения вязкой сверхзвуковой струи в затопленное пространство. Техническая механика. 2019. № 1. С. 16—24.
14. Тимошенко В. И., Белоцерковец И. С., Галинский В. П. Концептуальные вопросы математического моделирования процессов аэрогазотермодинамики гиперзвукового летательного аппарата с прямоточным воздушно-реактивным двигателем. Аэрогидродинамика: проблемы и перспективы: сб. науч. тр. 2006. Вып. 2. С. 161—181.
15. Тимошенко В. И., Галинский В. П. Особенности алгоритмов расчета течения в канале воздухозаборного устройства с противодавлением. Техническая механика. 2017. № 3. С. 16—22.
16. Тимошенко В. И., Гусынин В. П. Использование гиперзвуковых технологий при создании перспективных транспортных космических систем. Космическая наука и технология. 1999. 5, № 1. С. 87—107.
18. Choi J. Y. (2011). A Quasi Global Mechanism of Kerosene Combustion for Propulsion. 47th AIAA/ASME/SAE/ASEE Joint Propulsion Conference & Exhibit (31 July - 03 August 2011). San Diego, California, 2011. AIAA-5853.pdf.

19. Gear C. W. (1971). Numerical Initial Value Problems in Ordinary Differential Equations. New Jersey: Prentice-Hall, Inc. Englewood Cliffs. 220 p.