Введение к работе
Актуальность темы. Несмотря на сокращение космических и военных программ, исследование тепломассообмена при сверхзвуковом и гиперзвуковом обтекании затупленных тел остается актуальным. Для практически важных случаев данные задачи с хорошей степенью точности могут быть решены в рамках теории пограничного слоя. И хотя достаточно много работ посвящено различным аспектам задачи обтекания летательных аппаратов при их движении в атмосфере, остаются еще недостаточно изученными и практически важными вопросы связанные с исследованием характеристик тепломассообмена при пространственном обтекании тел с учетом ламинарного переходного и турбулентного режимов течения особенно при наличии таких осложняющих факторов как вдув, термохимическое разрушение
и т II
Одним из способов тепловой защиты летательного аппарата может являться вдув газа-охладителя в набегающий поток, при котором происходит ослабление тепловых потоков к телу и отбор тепла при фильтрации газа в порах. В качестве другого способа защиты конструкции от перегрева может быть предложено использование теплопроводных материалов, для которых вследствие перетекания тепла вдоль образующей тела происходит снижение температур поверхности в областях, где реализуются максимальные тепловые нагрузки Практический интерес представляет изучение одновременного воздействия на характеристики тепломассообмена факторов связанных со вдувом газа-охладителя навстречу набегающему потоку и наличием неодномерных процессов перетекания тепла в конденсированной фазе вследствие использования высокотеплопроводных материалов.
Цель работы состояла в изучении нестационарного тепломассообмена в рамках теории пограничного слоя; исследовании характеристик сопряженного тепломассообмена при обтекании затупленных по сфере конусов с учетом вдува с поверхности затупления и термохимического разрушения; в анализе влияния интенсивности вдува и выбора материала конструкции на эффективность комбинированной тепловой защиты.
Научная новизна. Впервые изучено одновременное влияние вдува газа и перетекания тепла . вдоль образующих на характеристики нестационарного тепломасообмена в рамках сопряженной постановки при наличии различных режимов течения в пограничном слое и термохимического разрушения поверхности обтекаемого тела.
ц
Практическая ценность. Разработан комплекс программ, позволяющий рассчитывать характеристики тепломассообмена при обтекании тел в широком диапазоне определяющих параметров. На основе полученных данных проведен анализ различных способов тепловой защиты. Полученные результаты могут быть использованы для создания новых комбинированных способов тепловой защиты сверхзвуковых и гиперзвуковых летательных аппаратов.
Часть программ расчета характеристик сопряженного тепломассообмена при осесимметричном обтекании внедрены в Государственном Ракетном Центре "КБ им. академика В.П.Макеева" (г.Миасс).
Достоверность результатов. Программа расчета тестировалась по известным аналитическим решениям, а также по результатам экспериментальных и численных экспериментов (Feldhuhn R.H., AIAA Paper, 1976, №119, работы Колиной Н.П. в кн.: Аэродинамическое нагревание при гиперзвуковых скоростях потока. - Труды ЦАГИ, 1968, вып. 1106 и др.).
Положения выносимые на защиту:
-
Численное исследование характеристик нестационарного тепломассообмена в рамках сопряженной постановки в задачах прогрева конуса, затупленного по сфере.
-
Изучение совместного влияния вдува газа-охладителя и перетекания тепла в материале тела на характеристики тепломассообмена и эффективность тепловой защиты.
Апробация работы. Результаты проведенных исследований обсуждались на III Всесоюзной школе молодых ученых (п.Абрау-Дюрсо, 27 мая - 1 июня 1991г.), II Минском Международном Форуме (г.Минск, 18-22 мая 1992г.), Международной конференции "Сопряженные задачи физической механики и экологии" (г.Томск, ТГУ, 12-15 июня, 1994г.), Международной конференции "Сопряженные задачи механики и экологии" (г.Томск, ТГУ, 29 сентября - 4 октября 1996г.), "Всесибирских чтениях по математике и механике" (г.Томск ТГУ, 17-20 июня 1997г,) Международной конференции "Сопряженные задачи механики и экологии" г Томск ТГУ 6-10 июня 1998г) Всероссийской научной конференции посвященной 30-летию НИИПММ (г Томск ТГУ 2-4 июня 1998г) Всероссийской научной конференции молодых ученых "Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики" (г Томск ТГУ 28 июня - 1 июля 1999г) VI Всероссийской научно-технической конференции "Механика летательных аппаратов и современные материалы" посвященная 90-летию проф МCroDoxoа(rSr научн^-технической конференции "to современнГ материале' Г
(г.Томск, ТГУ, 23-25 апреля 2000г.), Всероссийской конференции "Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики" (г.Томск, ТГУ, 7-9 июня 2000г.), IV Минском Международном Форуме (г.Минск, 22-26 мая 2000г.).
Публикации. Материалы диссертационного исследования опубликованы в 9 научных трудах.
Структура п объем работы.