ЧИСЛЕННЫЕ МОДЕЛИ СТАЦИОНАРНЫХ И ДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК АТМОСФЕРЫ И ПРИХОДЯЩЕЙ СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ПРИ ФОРМИРОВАНИИ ОБЛИКА ВЫСОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ БОЛЬШОЙ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ПОЛЁТА

© В.Н.Титоренко
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Авиация и воздухоплавание"
2010 г.

В докладе рассмотрены алгоритмы, положенные в основу численных моделей стационарных и динамических характеристик атмосферы и приходящей солнечной энергии. Разработанные численные модели используются при формировании облика высотных летательных аппаратов (ЛА) большой продолжительности полёта аэростатических и самолетных схем.

Стационарные и динамические характеристики атмосферы являются одними из основных проектных параметров, определяющих концепцию и облик беспилотных высотных ЛА. Современные модели стандартной атмосферы являются многопараметрическими, характеристики атмосферы зависят от пространственно-временных координат (модель стандартной атмосферы ГОСТ 24631-81). В основу численной модели стационарных характеристик атмосферы положены данные стандартной атмосферы ГОСТ 24631-81, где средние значения характеристик атмосферы даны для пяти широтных и двух временных интервалов: июнь-июль; декабрь-январь.

Для определения пространственно-временного распределения динамических (ветровых) характеристик атмосферы использовалась программа расчета зональной и меридианной компоненты средней скорости ветра в средних и верхних слоях атмосферы. Программа позволяет определять зональные и меридианные компоненты средней скорости ветра, профили ветра, скоростной напор ветра, удельную мощность и удельную энергию ветра.

Оценка величины приходящей солнечной энергии является ключевой задачей формирования и исследовании облика ЛА с силовой установкой на солнечной энергии. Рассмотрен алгоритм, на основе которого была разработана программа расчета солнечной энергии в функции пространственно-временных координат. Основные вычислительные процедуры программы включают вычисление угловых координат Солнца, вычисление оптических характеристик атмосферы, вычисление характеристик прямой солнечной энергии, вычисление характеристик отраженной солнечной энергии, вычисление характеристик рассеянной солнечной энергии, определение величины теплового излучения Земли.

Приведены результаты численных расчетов стационарных и динамических характеристик атмосферы и приходящей солнечной энергии, полученных с помощью разработанных численных моделей. Приведен сравнительный анализ данных, полученных с помощью разработанных численных моделей, с данными, опубликованными в работах NASA.

Разработанные численные модели позволят повысить качество и достоверность результатов концептуально-обликовых исследований высотных ЛА большой продолжительности полета аэростатических и самолетных схем с гибридными силовыми установками и силовыми установками на топливных батареях.