doi: 10.18698/2309-3684-2014-3-324
Предложен алгоритм численного моделирования сопряженных аэрогазодинамических и термомеханических процессов в композитных конструкциях высокоскоростных летательных аппаратов, который позволяет рассчитывать все параметры трехмерного аэрогазодинамического потока в окрестности поверхности аппарата, теплообмен на поверхности, процессы внутреннего тепломассопереноса в конструкции из термодеструктирующего полимерного композитного материала, а также процессы изменения термодеформирования композитной конструкции, включающие в себя эффекты изменения упругих характеристик композита, переменную тепловую деформацию, усадку, вызванную термодеструкцией, образование внутрипорового давления газов в композите. Приведен пример численного моделирования сопряженных процессов в модельной композитной конструкции высокоскоростного летательного аппарата, иллюстрирующий возможности предложенного алгоритма.
[1] Anderson J. D. Hypersonic and high-temperature gas dynamics. 2th ed. American Institute of Aeronautics and Astronautics, Virginia, Reston, 2006, 232 p.
[2] Лунёв В.В. Гиперзвуковая аэродинамика. Москва, Машиностроение, 1975, 330 с.
[3] Тирский Г.А. 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] McNamara J., Friedmann P. 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. URL: 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, no. 2, pp. 3−30.
[7] В.П. Котенев, В.А. Сысенко. Аналитические формулы повышенной точности для расчета распределения давления на поверхности выпуклых затупленных тел вращения произвольного очертания. Математическое моделирование и численные методы, 2014, № 1, с. 68−81.
[8] Братчев А.В., Забарко Д.А., Ватолина Е.Г., Коробков А.А., Сахаров В.И. Вопросы теплотехнического проектирования перспективных гиперзвуковых летательных аппаратов аэробаллистического типа. Изв. ин-та инженерной физики, 2009, т. 2, № 12, с .42−49.
[9] Полежаев Ю.В., Юревич Ф.Б. Тепловая защита. Москва, Энергия, 1976, 368 с.
[10] 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, 2011, cпец. выпуск, с. 136−150.
[11] Димитриенко Ю.И., Котенев В.П., Захаров А.А. Метод ленточных адаптивных сеток для численного моделирования в газовой динамике. Москва, Физматлит, 2011, 286 с.
[12] 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.
[13] Гильманов А.Н. Методы адаптивных сеток в задачах газовой динамики. Москва, Физматлит, 2000, 248 с.
[14] Димитриенко Ю.И. Механика композиционных материалов при высоких температурах. Москва, Машиностроение, 1997, 366 с.
[15] Dimitrienko Yu.I. Thermal stresses and heat mass-transfer in ablating composite materials. International Journal of Heat Mass Transfer, 1995, vol. 38, no. 1, pp. 139−146.
[16] Dimitrienko Yu.I. Thermal stresses in ablative composite thin-walled structures under intensive heat flows. International Journal of Engineering Science, 1997, vol. 35, no. 1, pp. 15−31.
[17] Dimitrienko Yu.I. A structural thermomechanical model of textile composite materials at high temperatures. Composite science and technologies, 1999, vol. 59, pp. 1041−1053.
[18] Димитриенко Ю.И., Минин В.В., Сыздыков Е.К. Моделирование термомеханических процессов в композитных оболочках при локальном нагреве излучением. Механика композиционных материалов и конструкций, 2011, т. 17, №1, с. 71−91.
[19] Димитриенко Ю.И., Минин В.В., Сыздыков Е.К. Моделирование внутреннего тепломассопереноса и термонапряжений в композитных оболочках при локальном нагреве. Математическое моделирование, 2011, т. 23, № 9, с. 14−32.
[20] 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.
[21] Димитриенко Ю.И., Захаров А.А., Коряков М.Н., Сыздыков Е.К. Численное решение сопряженной задачи аэрогазодинамики и внутреннего теплопереноса в конcтрукциях гиперзвуковых летательных аппаратов. Инженерный журнал: наука и инновации, 2012, вып. 11. URL: http://engjournal.ru/articles/426/426.pdf
[22] Димитриенко Ю.И. Тензорное исчисление. Москва, Высшая школа, 2001, 575 с.
[23] Краснов Н.Ф. Аэродинамика. В 2 т. Москва, Высшая школа, 1980, т. 1, 495 с., т. 2, 416 с.
Димитриенко Ю. И., Коряков М. Н., Захаров А. А., Строганов А. С. Численное моделирование сопряженных аэрогазодинамических и термомеханических процессов в композитных конструкциях высокоскоростных летательных аппаратов. Математическое моделирование и численные методы, 2014, №3 (3), c. 3-24
Количество скачиваний: 672