Пространственная компьютерная модель неравновесной аэрофизики спускаемых марсианских космических аппаратов
Автор: Суржиков Сергей Тимофеевич
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 4 т.3, 2010 года.
Бесплатный доступ
Представлена пространственная компьютерная модель неравновесной аэротермодинамики спускаемых космических аппаратов, предназначенных для посадки на поверхность Марса. Модель основана на системе уравнений Навье-Стокса, уравнении сохранения энергии в форме уравнения Фурье-Кирхгоффа для поступательной температуры, системе уравнений колебательной кинетики для шести колебательных мод молекул N2, O2, CO2, CO и уравнения переноса селективного теплового излучения в многогрупповом спектральном приближении. Даны результаты двухмерных и трехмерных расчетов неравновесного поля течения, конвективного и радиационного нагрева поверхности космического аппарата EXOMARS. Расчеты выполнены с использованием компьютерных кодов NERAT-2D и NERAT-3D, разработанных в ИПМех РАН, на регулярных многоблочных криволинейных сетках.
Радиационная газовая динамика, неравновесные физико-химические процессы, аэрофизика космических аппаратов, вычислительная механика газа и плазмы
Короткий адрес: https://sciup.org/14320536
IDR: 14320536 | УДК: 533.6.011
Three-dimensional computational model of nonequilibrium aerophysics of mars re-entry vehicles
A three-dimensional computational model of nonequilibrium aerothermodynamics of Mars landing vehicles is presented. The model is based on the system of Navier-Stokes equations, energy conservation equation in the form of the Fourier-Kirchhoff equation for translational temperature, vibrational kinetics equations for six vibrational modes of N2, O2, CO2, CO molecules and multi-group spectral radiation heat transfer equation. Numerical simulation results are presented for two- and three-dimensional cases of non-equilibrium flows for EXOMARS space vehicle, intended for Martian mission. Numerical simulation codes NERAT-2D and NERAT-3D, developed at the IPMech RAS, with structured multi-block curvilinear grids were used for prediction of the fields of gasdynamic functions, as well as convective and radiation heating of the spacecraft surface.
Список литературы Пространственная компьютерная модель неравновесной аэрофизики спускаемых марсианских космических аппаратов
- Milos F.S., Chen Y.K., Gongdon W.M. et al. Mars pathfinder entry temperature data, aerothermal heating, and heatshield material response//J. of Spacecraft and Rockets. -1999. -V. 36, N. 3. -P. 380-391.
- Paterna D., Monti R., et al. Experimental and numerical investigation of Martian atmosphere entry//J. of Spacecraft and Rockets. -2002. -V. 39, N. 2. -P. 227-236.
- Афонина Н.Е., Громов В.Г. Исследование на основе модели вязкого ударного слоя течения в области торможения при входе космического аппарата в марсианскую атмосферу: Препр. № 31-97/Институт механики МГУ им. М.В. Ломоносова. -М., 1997. -73 с.
- Surzhikov S.T. 2D CFD/RGD model of space vehicles//Proc. of the 1st Int. Workshop on Radiation of High Temperature Gases in Atmospheric Entry, 8-10 October 2003, Lisbon, Portugal. -ESA-533, December, 2003. -P. 95-102.
- Surzhikov S.T. Numerical simulation of heat radiation generated by entering space vehicle//AIAA paper 2004-2379, 2004. -11 p.
- Surzhikov S.T. TC3: Convective and radiative heating of MSRO for simplest kinetic models//Proc. of the Int. Workshop on Radiation of High Temperature Gases in Atmospheric Entry. Part II. 30 Sept. -1 Oct., 2005. Porquerolles. France. -ESA SP-583. -P. 55-62.
- Surzhikov S.T. TC3: Convective and radiative heating of MSRO, predicted by different kinetic models//Proc. of the Second Int. Workshop on Radiation of High Temperature Gases in Atmospheric Entry. 6-8 Sept., 2006. Rome. Italy. -CD-format. -ESA SP-629.
- Суржиков С.Т. Двумерная радиационно-газодинамическая модель аэрофизики спускаемых космических аппаратов//Актуальные проблемы механики. Механика жидкости, газа и плазмы. -М.: Наука, 2008. -С. 20-59.
- Суржиков С.Т. Тепловое излучение газов и плазмы. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. -543 с.
- Гурвич Л.В., Вейц И.В., Медведев В.А. и др. Термодинамические свойства индивидуальных веществ. -М.: Наука, 1978. -495 с.
- Ступоченко Е.В., Лосев С.А., Осипов А.И. Релаксационные процессы в ударных волнах. -М.: Наука, 1965. -484 с.
- Малкин О.А. Релаксационные процессы в газе. -М.: Атомиздат, 1971. -199 с.
- Гинзбург И.П. Трение и теплопередача при движении смеси газов. -Л.: Изд-во ЛГУ, 1975. -278 с.
- Берд Р., Стьюарт В., Лайтфут Е. Явления переноса. -М.: Изд-во «Химия», 1974. -687 с.
- Гиршфельдер Дж., Кертис Ч. и Берд Р. Молекулярная теория газов и жидкостей. -М.: ИЛ, 1961. -929 с.
- Surzhikov S.T. Computing system for mathematical simulation of selective radiation transfer//AIAA paper 00-2369, 2000. -15 p.
- Суржиков С.Т. Оптические свойства газов и плазмы. -М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2004. -575 с.
- Svehla R.A. Estimated viscosities and thermal conductivities of gases at high temperatures//NASA TR-R-132, 1962. -26 P.
- Surzhikov S.T., Omaly P. MSRO convective and radiative heating//AIAA Paper 08-1274, 2008. -43 p.
- Edwards, J.R., Liou, M.-S. Low-diffusion flux-splitting methods for flow at all speeds//AIAA Journal, 1998. -V. 36, N. 9. -P. 1610-1617.
- Лыков А.В. Тепломассообмен: Справочник. -М.: Энергия, 1972. -560 с.
- Omaly P., Surzhikov S. 3D Model of aerothermodynamics of descent space vehicles//Proc. of the 3rd International Workshop "Radiation of High Temperature Gases in Atmospheric Entry". 30 Sept. -3 Oct. 2008, Heraklion, Greece. -ESA SP-667. -8 p.
- Суржиков С.Т. Трехмерная вычислительная модель аэротермодинамики спускаемых космических аппаратов//Сб. научн. трудов 2-й Всерос. школы-семинара «Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем» (АФМ-2008). -М.: ИПМех РАН, 2009. -С. 13-21.
- Суржиков С.Т. Расчет обтекания модели космического аппарата MSRO c использованием кодов NERAT-2D и NERAD-3D//Сб. научн. тр. 2-й Всерос. школы-семинара «Аэрофизика и физическая механика классических и квантовых систем» (АФМ-2008). -М.: ИПМех РАН, 2009. -С. 22-29.
- Суржиков С.Т. Аналитические методы построения конечно-разностных сеток для расчета аэротермодинамики спускаемых космических аппаратов//Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение. -2004. -№ 2(55) -C. 24-50.
