1. На главную
  2. Электронные версии
  3. Известия РАН. Механика жидкости и газа
  4. № 5, 2023

Известия РАН. Механика жидкости и газа, 2023, № 5, стр. 119-137

РАДИАЦИОННО-КОНВЕКТИВНЫЙ НАГРЕВ ПОВЕРХНОСТИ МАРСИАНСКОГО СПУСКАЕМОГО АППАРАТА MSL ПРИ УЧЕТЕ ТУРБУЛЕНТНОГО ХАРАКТЕРА ОБТЕКАНИЯ

С. Т. Суржиков *

Институт проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН
Москва, Россия

* E-mail: surg@ipmnet.ru

Поступила в редакцию 02.06.2023
После доработки 06.06.2023
Принята к публикации 06.06.2023

Аннотация

Пространственная компьютерная модель, основанная на усредненных по Рейнольдсу уравнениях Навье–Стокса совместно с алгебраическими моделями турбулентного смешения Болдуина–Ломакса и Прандтля, использована для расчета радиационно-конвективного теплообмена на поверхности спускаемого марсианского аппарата MSL. Показаны интенсификация конвективного теплообмена на подветренной стороне лобового аэродинамического щита и превосходство плотности радиационного теплового потока над конвективным на задней поверхности. Расчеты выполнены с использованием модели физически и химически неравновесного газа. Выполнено сравнение с результатами расчетов по другим вычислительным моделям и с летными данными по тепловой нагрузке на спускаемый аппарат, полученными при спуске MSL в плотных слоях атмосферы Марса.

Ключевые слова: радиационная газовая динамика, конвективный нагрев поверхности, турбулентный пограничный слой, усредненные по Рейнольдсу уравнения Навье–Стокса, алгебраические модели турбулентности

Список литературы

  1. Edquist K.T., Hollis B.R., Johnston C.O., Bose D., White T.R., Mahzari M. Mars Science Laboratory Heat Shield Aerothermodynamics: Design and Reconstruction // JSR. 2014. V. 51. № 4. P. 1106–1124.

  2. Planetary Mission Entry Vehicles. NASA SP-20220010761 / By ed K. Parcelo, G. Allen. Version 4. Davies, ELORET Corporation.

  3. Edquist K.T., Dyakonov A.A., Wright M.J., Tang C.-Y. Aerothermody-namic Design of the Mars Science Laboratory Backshell and Parachute Cone // AIAA. Paper 2009–4078. June 2009.

  4. Cheatwood F.M., Gnoffo P.A. Users Manual for the Langley Aerothermo-dynamic Upwind Algorithm (LAURA) // NASA TM-4674, April 1996.

  5. Wright M.J., Candler G.V., Bose D. Data-Parallel Line Relaxation Method for the Navier-Stokes Equations // AIAA Journal. 1998. V. 36. № 9. P. 1603–1609.

  6. Суржиков С.Т. Анализ экспериментальных данных по конвективному нагреву модели марсианского спускаемого аппарата с использованием алгебраических моделей турбулентности // Изв. РАН. МЖГ. 2019. № 6. С. 129–140.

  7. Baldwin B.S., Lomax H. Thin Layer Approximation and Algebraic Model for Separated Turbulent Flows. AIAA Paper 78−0257. 1978. 8 p.

  8. Visbal M., Knight D. The Baldwin − Lomax Turbulence Model for Two-Dimensional Shock-Wave/ Boundary-Layer Interaction // AIAA J. 1984. V. 22. № 7. P. 921−928.

  9. Tannehill J.C., Anderson D.A., Pletcher R.H. Computational Fluid Mechanics and Heat transfer. 1997. Taylor&Francis. 792 p.

  10. Шлихтинг Г. Теория пограничного слоя. М.: Главная редакция физико-математической литературы. 1974. 711 с.

  11. Суржиков С.Т. Радиационно-конвективный нагрев марсианского аппарата EDL MSL под углом атаки // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2015. Т. 16. Вып. 2. http://chemphys.edu.ru/issues/2015-16-2/articles/604/

  12. Surzhikov S.T. Three-Dimensional Computer Model of Nonequilibrium Aerophysics of the Spacecraft Entering in the Martian Atmosphere // Fluid Dynamics. 2011. V. 46. № 3. P. 490–503.

  13. Surzhikov S.T. Comparative Analysis of Radiative Aerothermodynamics of Martian Entry Probes // AIAA paper AIAA 2012-2867. 2012. 38 p.

  14. Суржиков С.Т. Радиационно-конвективный нагрев марсианских зондов // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2013. Т. 14. Вып. 2. http://chemphys.edu.ru/issues/2013-14-2/articles/408/

  15. Суржиков С.Т. Расчетный анализ ионизации сжатого слоя при входе космического аппарата Schiaparelli в плотные слои атмосферы Марса // Изв. РАН. МЖГ. 2020. № 3. С. 80–92.

  16. Суржиков С.Т. Радиационная газовая динамика спускаемых космических аппаратов. Многотемпературные модели. М.: Ин-т проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН. 2013. 706 с.

  17. Ступоченко Е.В., Лосев С.А., Осипов А.И. Релаксационные процессы в ударных волнах. М.: Наука. Глав. ред. физ.-мат. лит-ры. 1965. 484 с.

  18. Park C. Nonequilibrium Hypersonic Aerothermodynamics. Wiley-Inter-science Publication. New York: J. Wiley & Son, 1990.

  19. Millikan R.C., White D.R. Systematic of Vibrational Relaxation // J. of Chemical Physics. 1963. V. 39. № 12. P. 3209–3212.

  20. Treanor C.E., Marrone P.V. Effect of Dissociation on the Rate of Vibrational Relaxation // Phys. Fluids. 1962. V. 5. № 9. P. 1022–1026.

  21. Bird R.B., Stewart W.E., Lightfoot E.N. Transport Phenomena. New York: John Wiley & Sons. Inc, 2007. 920 p.

  22. Гинзбург И.П. Теория сопротивления и теплопередачи. Л.: Изд-во Ленинградского ун-та, 1979. 375 с.

  23. Svehla R.A. Estimated Viscosities and Thermal Conductivities of Gases at High Temperatures // NASA TR-R-132. 1962. 26 p.

  24. Wilke C.R. Diffusional properties of multicomponent gases // Chemical engineering progress. 1950. V. 46. № 2. P. 95–104.

  25. Анфимов Н.А. Ламинарный пограничный слой в многокомпонентной смеси газов // Изв. АН СССР. Механика и машиностроение. 1962. № 1. С. 25–31.

  26. Суржиков С.Т. Тепловое излучение газов и плазмы. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. 543 с.

  27. Землянский Б.А., Лунев В.В., Власов В.И. и др. Конвективный теплообмен летательных аппаратов. М.: Физматлит, 2014. 330 с.

  28. Суржиков С.Т. Результаты использования алгебраических моделей турбулентности в рамках RANS-модели нагрева поверхности острой пластины в сверхзвуковом потоке // Физико-химическая кинетика в газовой динамике. 2023. Т. 20. Вып. 4. http://chemphys.edu.ru/issues/2019-20-4/articles/890/

  29. Shang J.S., Scherr S.J. Navier–Stockes Solution for a Complete Re-Entry Configuration. J. Aircraft. 1986. V. 23. № 12. P. 881−888.

  30. Liou M.-S. 1996 A Sequel to AUSM: AUSM+ // J. Comput. Phys. V. 129. P. 364–382.

  31. Суржиков С.Т. Оптические свойства газов и плазмы. Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана. 2004. 576 с.

  32. Ludwig C.B., Malcmus W., Reardon J.E. et al. Handbook of infrared radiation from combastion gases // NASA SP-3080. Washington: Marshal Space Flight Center. 1973.

  33. Gromov V.G., Surzhikov S.T., Charbonnier J.-M. Convective and Radiative Heating of a Martian Space Vehicle Base Surface // Proceeding of the 4th European Symposium on Aerothermodynamics for Space Vehicles. 15–18 Oct. 2001. Capua, Italy. ESA SP-487. 2002. P. 265–269.

Дополнительные материалы отсутствуют.

Инструменты

следующая статья выпуска предыдущая статья выпуска содержание выпуска

Известия РАН. Механика жидкости и газа

Архивы выпусков Информация о журнале Отправить рукопись в журнал