ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОДИНАМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК РКН ПРИ ДО- И ТРАНСЗВУКОВОМ ОБТЕКАНИИ

© Е.А.Коляда
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "К.Э. Циолковский и механика космического полета"
2012 г.

Для численного моделирования аэродинамических характеристик ракеты космического назначения (РКН) можно выделить следующие основные составляющие: математическую модель, метод дискретизации, систему координат, расчетную сетку, способ аппроксимации производных и интегралов, метод решения, критерий сходимости численного метода.

Основополагающей составляющей численного метода является математическая модель, которая представляет собой систему уравнений сохранения аэрогазодинамики, а также граничные условия, необходимые при решении такой системы. Если течение является турбулентным, то математическая модель включает в себя уравнения неразрывности, движения и энергии, а также модель турбулентности.

Уравнения сохранения имеют общие члены, поэтому их удобно представлять в единой форме, используемой в численном методе. Обобщенная форма записи уравнений сохранения имеет следующий вид: нестационарный поток + конвективный поток = диффузионный поток.

При определении аэродинамических характеристик РКН, как правило, приходится сталкиваться с вязкими турбулентными течениями. Для этого можно использовать разнообразные подходы – как полуэмпирические модели турбулентности, так и методы прямого интегрирования уравнений движения газа. Все они различаются между собой точностью и затратами вычислительных ресурсов на их осуществление. Наиболее представительной группой являются модели турбулентности с двумя дифференциальными уравнениями, в которых турбулентная вязкость, в соответствии с теорией размерности, должна быть пропорциональной произведению характерной скорости и характерного масштаба.

Целью данной работы было исследование различных моделей турбулентности при определении аэродинамических характеристик РКН при до- и трансзвуковом обтекании.

В работе приведены результаты исследования следующих моделей турбулентности: стандартная k- модель; SST модель; квадратичная k- модель; SA модель.

Методика определения аэродинамических характеристик при помощи численного моделирования является современной, актуальной и перспективной как при предварительном расчете, так и на этапах эскизного проектирования РКН.