РАСЧЕТНО-СТАТИСТИЧЕСКАЯ НЕСТАЦИОНАРНАЯ МОДЕЛЬ ОКРУЖАЮЩЕЙ СРЕДЫ В ПРИЛОЖЕНИИ К ИССЛЕДОВАНИЯМ ВЫСОТНЫХ ЛЕТАТЕЛЬНЫХ АППАРАТОВ БОЛЬШОЙ ПРОДОЛЖИТЕЛЬНОСТИ ПОЛЕТА
© В.Н.Титоренко, В.Г.Николаев, Ю.И.Кудряшов
© Государственный музей истории космонавтики им. К.Э. Циолковского, г. Калуга
Секция "Авиация и воздухоплавание"
2015 г.
Практика исследований высотных летательных аппаратов (ВЛА) большой продолжительности полета с силовой установкой на солнечной энергии показывает, что проектные характеристики ВЛА чувствительны к вариациям характеристик окружающей среды: энергетическим и пространственно-временным характеристикам Солнца, термодинамическим и ветровым характеристикам атмосферы. Поэтому достоверность и обоснованность исходных расчетных параметров окружающей среды имеет существенное значение при концептуально-обликовых исследованиях ВЛА.
В концептуально-обликовых исследованиях ВЛА с силовой установкой на солнечной энергии используется различные алгоритмы и программы расчета энергетических и пространственно-временных характеристик Солнца. Анализ данных алгоритмов и моделей показывает, что они часто носят упрощенный характер, как при вычислении угловых характеристик Солнца, так и при вычислении энергетических характеристик и не всегда учитывают факторы и особенности прихода энергии Солнца на ВЛА.
В современных исследованиях ВЛА данные по ветровым характеристикам атмосферы получают из международного стандарта пространственно-временного распределения характеристик ветра стандарт — IS0 5878/D-1(отечественный аналог ГОСТ 24728-81) или с помощью программы распределения ветровых характеристик — HWM07. Термодинамические характеристики атмосферы (плотность, давление и температура воздуха) в концептуально-обликовых исследованиях ВЛА получают из международного стандарта ISO 5878 или с помощью программы нестационарной модели атмосферы — GRAM-07.
Стандарты IS0 5878/D-1 и ISO 5878 базируются на данных аэрологических измерений атмосферы, полученных до 1982 г., что не обеспечивает достаточную достоверность ввиду глобальных изменении атмосферы за последние десятилетия. Программы HWM07 и GRAM-07 содержат большое число входных параметров и ориентированы в основном для научных исследований, что затрудняет их использование в программах исследования ВАЛ. Ветровые и термодинамические характеристики атмосферы, получаемые из стандартов IS0 5878/D-1 и ISO 5878 или с помощью программ HWM07 и GRAM-07, имеют низкое, с точки зрения требований исследований ВЛА, пространственно-временное разрешение, что снижает достоверность и обоснованность результатов исследования ВЛА.
Целью настоящей работы является разработка модели окружающей среды, позволяющей повысить достоверность и обоснованность результатов расчетов и приемлемого, с точки зрения требований концептуально-обликовых исследований ВЛА, пространственно-временного разрешения характеристик окружающей среды.
Приведены результаты расчета энергетических и пространственно-временных характеристик Солнца, полученных с помощью программы, включающей программу расчета угловых характеристик Солнца, на основе алгоритмов применяющихся в практической астрономии, и программы расчета прямой солнечной радиации, на базе алгоритма модели интегрального спектрального пропускания излучения в атмосфере.
Расчет термодинамических и ветровых характеристик атмос-феры получен с помощью численных баз данных многолетних аэрологических измерений термодинамических и ветровых харак-теристик атмосферы на стандартных изобарических уровнях. С по-мощью разработанных численных баз данных и программы расчета средних характеристик атмосферы рассчитаны среднестатистические значения термодинамических и ветровых характеристик атмосферы с заданным пространственно-временным разрешением.