629.7.015 Моделирование методом вихревых петель нестационарного аэродинамического нагружения десантируемого крупногабаритного объекта
Томаев И. И., Щеглов Г. А. (МГТУ им.Н.Э.Баумана)
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ, НЕСТАЦИОНАРНЫЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИЕ НАГРУЗКИ, ВЫЧИСЛИТЕЛЬНАЯ ГИДРОДИНАМИКА, ВИХРЕВЫЕ МЕТОДЫ, МЕТОД ВИХРЕВЫХ ПЕТЕЛЬ, ДЕСАНТИРОВАНИЕ, КРУПНОГАБАРИТНЫЙ ОБЪЕКТ, ТРАНСПОРТНЫЙ САМОЛЕТ
doi: 10.18698/2309-3684-2026-1-4965
Представлены результаты тестирования нового алгоритма численного моделирования нестационарного аэродинамического нагружения крупногабаритного объекта при его десантировании из грузового отсека транспортного самолета. Для расчета нагрузок использован бессеточный лагранжев метод вихревых петель, который позволяет повысить точность моделирования особенности геометрии обтекаемой поверхности с изменяемой геометрией. В модельных задачах рассматривается только взаимодействие вихревого следа за фюзеляжем самолета и поверхностью десантируемого объекта, которые считаются абсолютно жесткими телами. В модели фюзеляжа вводится условная граница грузового отсека в виде непроницаемой плоской грани, которую в процессе десантирования пересекает корпус объекта. Исследуется переходный режим моментом окончания которого является полное выдвижение объекта в поток. Расчет нагрузок осуществлялся с учетом упрощающего предположения о заданном характере движения объекта. Представлен алгоритм построения сетки на трансформируемой обтекаемой поверхности. В процессе решения задачи использовался стек открытого программного обеспечения на базе языка C++: ProjectChrono, OpenCASCADE, GMSH. Рассмотрены два расчетных случая с различной степенью развития вихревого следа за фюзеляжем самолета. Анализ полученных результатов решения модельных задач показывает, что силовые факторы, возникающие вследствие процессов нестационарного вихреобразования в спутном следе за фюзеляжем, стремящиеся развернуть объект в плоскости рыскания, существенно превосходят факторы, стремящиеся развернуть объект в плоскости тангажа. При этом влияние развитого вихревого следа приводит к увеличению нагрузок в плоскости тангажа и уменьшении нагрузок в плоскости рыскания. Показана работоспособность алгоритма и согласие полученных с его помощью результатов с данными ранее проведенных расчетов.
[1] Кардашев М.А. Воздушный старт. Москва, Новое Время, 2016, 356 с.
[2] Wei Song, Bangcheng Ai, Xiaojian Zhao. Prediction and evaluation of the stage-separation compatibility of an internally carried air-launch vehicle. Aerospace Science and Technology, 2020, vol. 105, art. 106001 DOI:https://doi.org/10.1016/j.ast.2020.106001
[3] Du Yu., He W., Feng Yi, Zeng W., Mengqun L. Dynamic analysis and optimization design of ignition attitude for an internally carried air-launch rocket. Acta Astronautica, 2026, vol. 238, Part A, p. 351-368 https://doi.org/10.1016/j.actaastro.2025.08.039
[4] Бальмонт Б.В., Карпов А.С., Иванов Р.К. Российский аэрокосмический проект «Воздушный старт». Полет. Общероссийский научно-технический журнал, 2012, 9, с. 3–15.
[5] Сихарулидзе Ю.Г., Иванов Р.К., Борисов А.В. Анализ порывов ветра на участке вертикального маневра («Горка») самолета-носителя с целью десантирования ракеты-носителя. Препринт Института прикладной математики им. М. В. Келдыша РАН, 2005, 38, 40 с.
[6] Самарцева С.И., Болтянский И.М., Кольга В.В. Расчет транспортно-пускового контейнера системы воздушного старта ракеты-носителя. Актуальные проблемы авиации и космонавтики, 2020. URL: https://cyberleninka.ru/article/n/raschet-transportno-puskovogo-konteynera-sistemy-vozdushnogo-starta-rakety-nositelya (дата обращения: 31.08.2025).
[7] Александров А.А., Драгун Д.К., Забегаев А.И., Ломакин В.В. Механика контейнерного старта ракеты при действии поперечных нагрузок. Инженерный журнал: наука и инновации, 2013, 3 (15), 10 p.
[8] Короткий С.А., Щеглов Г.А. Численное моделирование аэроупругой динамики воздушного старта с учетом интенсивного вихреобразования. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2010, Спец. выпуск, с. 67–73.
[9] Тушев О.Н., Щеглов Г.А. Численное моделирование аэроупругой динамики воздушного старта при наличии случайного разброса параметров аэродинамического нагружения. Вестник МГТУ им. Н. Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2015, 1 (100), с. 22–34.
[10] Dergachev S.A., Marchevsky I.K., Shcheglov G.A. Flow simulation around 3D bodies by using Lagrangian vortex loops method with boundary condition satisfaction with respect to tangential velocity components. Aerospace Science and Technology, 2019, vol. 94, art. no. 105374, 15 p. DOI: 10.1016/j.ast.2019.105374.
[11] Марчевский И.К., Щеглов Г.А., Дергачев С.А. VM3D – программный комплекс для моделирования пространственных течений несжимаемой среды вихревыми методами. Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2022660838 от 10.06.2022.
[12] Томаев И.И., Щеглов Г.А. Численное моделирование процесса десантирования ракеты-носителя сверхлегкого класса из самолета-носителя. XLVII Академические чтения по космонавтике – 2023 : сб. тезисов, посвященный памяти академика С. П. Королёва и других выдающихся отечественных ученых – пионеров освоения космоса, Москва, 24–27 января 2023 г., МГТУ им. Н. Э. Баумана, 2023, 4, с. 400–401.
[13] Marchevsky I.K., Shcheglov G.A. Double layer potential density reconstruction procedure for 3D vortex methods. Numerical Methods for Flows, Cham: Springer, 2020, p. 287–295. DOI: https://doi.org/10.1007/978-3-030-30705-9_25.
[14] Kempka S.N., Glass M.W., Peery J.S., Strickland J.H., Ingber M.S. Accuracy considerations for implementing velocity boundary conditions in vorticity formulations. SANDIA Report SAND96-0583 UC-700, 1996, 52 p. DOI: https://doi.org/10.2172/242701.
[15] Андронов П.Р., Гувернюк С.В., Дынникова Г.Я. Вихревые методы расчета нестационарных гидродинамических нагрузок. Москва, Изд-во Моск. ун-та, 2006, 184 с.
[16] Project Chrono V7.0.3 URL: https://www.projectchrono.org (дата обращения: 31.08.2025)
[17] OpenCASCADE URL: https://dev.opencascade.org/ (дата обращения: 31.08.2025)
[18] GMSH URL: https://gmsh.info (дата обращения: 31.08.2025)
[19] Бондаренко А.А., Рева Э.А., Сучков А.В., Павлык А.С. Самолет Ил-76МД: учеб. пособие. Ч.1. Ульяновск: УВАГУ ГА(И), 2014, 164 с.
[20] Простая модель самолета ИЛ-76 URL: https://3dtoday.ru/3d-models/khobbi/raznye-modeli/samolet_il_76_stl (дата обращения: 31.08.2025)
[21] Томаев И. И. Исследование процесса десантирования ракеты-носителя сверхлегкого класса из самолёта-носителя. Студенческая научная весна: сб. тезисов докл. Всероссийской студенческой конференции, посвященной 170-летию В. Г. Шухова, Москва, 01–30 апреля 2023 г. Москва, Издательский дом «Научная библиотека», 2023, с. 18–20.
Томаев И.И., Щеглов Г.А. Моделирование методом вихревых петель нестационарного аэродинамического нагружения десантируемого крупногабаритного объекта. Математическое моделирование и численные методы, 2026, № 1, с. 49–65.
Скачать статью
Количество скачиваний: 21