CC BY
33УДК 629.76/.78.018:519.8
роль компьютерного моделирования
и физического эксперимента в исследованиях аэрогазодинамики ракетно-космических систем в процессе проектирования
© 2014 г. Алабова н.п., Брюханов н.А., дядькин А.А., Крылов А.н., Симакова т.в.
ОАО «Ракетно-космическая корпорация "Энергия" имени С.П. Королёва» (РКК «Энергия») Ул. Ленина, 4А, г. Королёв, Московская область, Россия, 141070, e-mail: post@rsce.ru
В статье анализируется опыт использования РКК «Энергия» компьютерного моделирования для прогнозирования аэрогазодинамических характеристик в процессе проектирования изделий ракетно-космической техники. Показана тенденция изменения во времени соотношения характеристик, определяемых расчетным и экспериментальным путем, а также роль физического эксперимента в исследованиях аэродинамики изделий. Рассмотрены преимущества и недостатки двух взаимодополняющих друг друга методов исследования.
Ключевые слова: компьютерное (математическое) моделирование, эксперимент, ракетно-космическая техника.
ROLE OF COMPUTER SIMULATION AND PHYSICAL EXPERIMENT IN INVESTIGATIONS OF SPACE ROCKET SYSTEM AEROGASDYNAMICS THROUGHOUT THE DESIGNING Alabova N.P., Bryukhanov N.A., Dyadkin A.A., Krylov A.N., Simakova T.V.
S.P. Korolev Rocket and Space Public ^rporation Energia (RSC Energia) 4A Lenin Street, Korolev, Moscow region, 141070, Russia, e-mail:post@rsce.ru
The paper analyses the RSC Energia experience in using computer simulations to predict aerogasdynamic characteristics when designing rocket and space hardware. It outlines the problems in studying aerodynamic properties by analysis and by experiment. It shows how the ratio between characteristics determined by analytical and experimental methods changes over time, as well as the role of physical experiment in studying the aerodynamics of the hardware. It discusses the advantages and the drawbacks of the two mutually complementary methods of research. It provides a brief account of the technology of using computer simulations in industrial practice in order to determine aerodynamic properties of a product. It lays down conditions for successful introduction of analytical methods into design process. It presents some results of comparing analytical and experimental data for a reentry vehicle that has a cone segment shape which is now being designed by RSC Energia.
Key words: computer (mathematical) simulation, experiment, space rocket technology.
алабова н.п. брюханов н.А. дядькин A.A.
КРЫЛОВ А.н. СИМАКОВА Т.В.
АЛАБОВА Надежда Павловна — техник РКК «Энергия», e-mail: post@rsce.ru ALABOVA Nadezhda Pavlovna — Technician at RSC Energia, e-mail: post@rsce.ru
БРЮХАНОВ Николай Альбертович — первый заместитель генерального конструктора, главный конструктор пилотируемых космических систем РКК «Энергия», e-mail: nikolay.bryukhanov@rsce.ru BRYUKHANOV Nikolay Albertovich — Deputy General Designer, Chief Designer for manned space systems at RSC Energia, e-mail: nikolay.bryukhanov@rsce.ru
ДЯДЬКИН Анатолий Александрович — ктн, начальник отдела РКК «Энергия», e-mail: anatoly.a.dyadkin@rsce.ru
DYAD KIN Anatoly Alexandrovich — Candidate of Science (Engineering), Head of Department at RSC Energia, e-mail: anatoly.a.dyadkin@rsce.ru
КРЫЛОВ Андрей Николаевич — кфмн, начальник сектора РКК «Энергия», e-mail: andrey.n.krylov@rsce.ru
KRYLOV Andrey Nikolayevich — Candidate of Science (Physical and Mathematical), Head of Subdepartment at RSC Energia, e-mail: andrey.n.krylov@rsce.ru
СИМАКОВА Татьяна Владимировна — ведущий инженер-математик РКК «Энергия», e-mail: tatiana.simakova@rsce.ru
SIMAKOVA Tatiana Vladimirovna — Lead mathematical еngineer at RSC Energia, e-mail: tatiana.simakova@rsce.ru
Введение
Практически до последнего времени основным методом определения аэродинамических характеристик (АДХ) изделий ракетно-космической техники различного назначения являлись экспериментальные исследования на масштабных моделях в аэродинамических трубах (АДТ). Так, при создании многоразовой системы «Энергия-Буран» и ее модификаций в 1970-80-е гг. до 90% аэрогазодинамических характеристик, необходимых для решения проектных вопросов, определялось экспериментально в АДТ и на стендах Центрального аэрогидродинамического института им. проф. Н.Е. Жуковского (ЦАГИ), ЦНИИмаш, Института теоретической и прикладной механики им. С.А. Христиановича СО РАН (ИТПМ СО РАН), НИИ «Геодезия». Только для исследования характеристик связки ракеты-носителя (РН) «Энергия» с орбитальным кораблем (ОК) «Буран» было изготовлено и испытано за период
разработки системы (в течение ~10 лет) 79 аэрогазодинамических моделей разного назначения и масштаба и проведено свыше 10 000 испытаний продолжительностью около 15 000 трубочасов. Необходимый объем информации по аэродинамике был получен только к моменту начала летных испытаний. Исследования характеристик велись параллельно с совершенствованием аэродинамической компоновки и формы блоков РН и ОК.
Ситуация в промышленности начала кардинально меняться в последние полтора-два десятилетия с появлением мощных (высокопроизводительных) вычислительных средств и программных комплексов (ПК) для решения задач течения вязкой сжимаемой жидкости. В значительной мере этому способствовало резкое удорожание испытаний в аэродинамических трубах, наметившиеся трудности в проектировании и изготовлении аэродинамических моделей и средств измерений (тензо-весы, коммутаторы), существенное сокращение
финансирования отрасли и переход к рыночным отношениям (кадровые проблемы). В силу этого был начат поиск альтернативных путей определения характеристик вновь проектируемых изделий.
В качестве такого направления было выбрано внедрение в практику проектирования математического (компьютерного) моделирования обтекания тел произвольной формы вязким сжимаемым газом. Выбору этого направления способствовало появление высокопроизводительной вычислительной техники и доступных программных комплексов отечественной и зарубежной разработки [1-3] в конце 1990-х гг.
В статье анализируется опыт РКК «Энергия» по использованию компьютерного моделирования для решения задач аэрогазодинамики при проектировании изделий разного назначения, а также оценивается роль компьютерного и физического моделирования на современном этапе.
роль компьютерного моделирования на этапе проектных исследований
Первые попытки внедрения компьютерного моделирования были предприняты в период 1994...97 гг. в рамках реализации международного проекта «Морской старт» для исследования ветровых аэродинамических характеристик ракеты космического назначения (РКН) «3енит-351» на начальном участке полета со стартовой платформы (СП) «Одиссей» и газодинамических воздействий струй двигательных установок (ДУ) РКН на поверхность платформы и установленное на ней ракетное оборудование [7]. Для решения этих задач использовались первые версии ПК ПотУ1$1оп разработки фирмы «ТЕСИС» [1]. Опыт оказался весьма успешным. Расчетные значения АДХ и газодинамических воздействий использованы при проектировании комплекса и подтверждены в дальнейшем результатами модельных экспериментальных исследований и данными натурных измерений при пусках. Это в значительной мере способствовало реализации проекта в кратчайшие сроки и введению в эксплуатацию комплекса «Морской старт» в 1999 г.
С этого момента РКК «Энергия» начала интенсивно внедрять в практику проектирования компьютерное моделирование обтекания моно- и многоблочных РКН, космических головных частей (КГЧ) в составе различных ракет-носителей, космических аппаратов (КА), перспективных пилотируемых
транспортных кораблей (ППТК) и их возвращаемых аппаратов (ВА). В результате за период 1995.2012 гг. удалось в два-три раза сократить объем дорогостоящих экспериментальных исследований на проектных стадиях создания изделий и практически исключить испытания при модернизации существующих изделий и создании изделий, имеющих аналоги.
Рис. 1 демонстрирует изменение соотношения аэродинамических характеристик, определяемых расчетом, к общему перечню данных по аэродинамике для различных изделий, последовательно создававшихся РКК «Энергия». По-видимому, на данный момент достигнуто то предельное соотношение расчетных и экспериментальных данных, ниже которого нельзя опускаться без риска снижения надежности определения АДХ для изделий, не имеющих аналогов с соответствующими экспериментальными данными.
Рис. 1. Изменение по времени соотношения аэродинамических характеристик, определяемых расчетом и экспериментально: ■ — эксперимент; ■ — расчет; 1 — «Энергия-Буран»; 2 — «Морской старт»; 3 — «ПТК НП»; 4 — «Перспективные изделия»
Компьютерное моделирование позволяет в три-пять раз сократить сроки получения всей необходимой для проектных исследований информации и изменить динамику определения АДХ по времени разработки изделия.
Внедрение компьютерного моделирования в промышленную практику является сложным и длительным процессом, требующим комплексного подхода, который включает:
• подготовку квалифицированных кадров с хорошим знанием прикладной математики и аэрогазодинамики;
• приобретение ПК, способных решать класс задач, необходимых разработчикам изделий, и их постоянное обновление;
• приобретение высокопроизводительной вычислительной техники и современной сервисной техники, обеспечивающей отображение, анализ и хранение информации;
• внедрение нескольких ПК с целью параллельного решения поставленной задачи для определения доверительных интервалов исследуемых АДХ;
• приобретение и поддержка лицензий на право использования ПК в количествах, отвечающих объему и интенсивности проводимых исследований;
• создание скоростных сетей обмена информацией между вычислительным кластером и рабочими местами пользователей;
• приобретение ПК, обеспечивающих создание 3Л-моделей проектируемых изделий в среде, совместимой со средой расчетных пакетов.
Сам процесс расчета АДХ с использованием любого ПК является задачей нетривиальной, требующей трудоемкой предварительной подготовки, включающей выбор размеров расчетной области, генерирование расчетной сетки, постановку граничных условий, выбор шага интегрирования по времени и модели турбулентности. Как правило, не удается с первой попытки получить оптимальное сочетание перечисленных параметров. На адаптацию ПК к решению конкретной задачи затрачивается значительное время даже при наличии опыта работы с данным комплексом.
Для реализации изложенного подхода в полной мере РКК «Энергия» потребовалось порядка 15 лет. Была разработана определенная технология использования математического моделирования для надежного прогнозирования АДХ, которая предусматривает:
• проведение предварительных тестовых расчетов АДХ для аналогов и их сравнение с имеющимися экспериментальными данными для принятия решения о целесообразности использования выбранных ПК в исследуемых диапазонах чисел Маха (Мте), Рейнольдса, углов атаки (а), нерасчетности струй ДУ и т. д.;
• параллельное использование двух-трех ПК для решения одной и той же задачи для получения доверительных интервалов АДХ;
• проведение дублирующих расчетов с привлечением смежников, располагающих ПК собственной разработки и более мощными вычислительными ресурсами (суперкомпьютерами).
Реализация именно такой технологии диктуется тем, что современные математи-
ческие модели, используемые в известных ПК, не адекватны в полной мере описываемым физическим процессам. Различные ПК используют расчетные сетки разных типов (структурированные, неструктурированные, автоматически генерируемые и создаваемые вручную), а также свои методы решения, что отражается на конечном результате.
При проведении промышленных расчетов для огромного перечня режимов полета (~1 000 расчетных случаев) в сжатые сроки (3...6 месяцев) с использованием ЭВМ с ограниченными ресурсами и быстродействием (расчетные сетки с 1,5.2,0 млн узлов, 2.3 тыс. итераций по времени счета) требуется проведение дублирующих расчетов для критических (выборочных) режимов с использованием суперкомпьютера на сетках с 10.15 млн узлов и более для подтверждения АДХ. Этот вопрос решается с привлечением смежников, обладающих соответствующими ресурсами.
Библиотека лицензированных ПК, используемых РКК «Энергия» для решения задач аэрогазодинамики проектируемых и модернизируемых изделий, насчитывает шесть наименований комплексов, используемых на постоянной основе. Примеры успешного использования изложенного подхода расчетного определения АДХ демонстрируются на рис. 2, где показано сравнение результатов дублирующих расчетов с использованием ПК AeroShape-3D (FloEFD) [2] и Fluent [3] между собой и с экспериментальными данными для ВА ППТК. Расчет с использованием ПК Fluent проводился для двух вариантов модели ВА — с донной державкой, используемой в экспериментах, и без нее. Вертикальными линиями на рис. 2 показана полоса разброса характеристик (доверительный интервал). Аналогичные результаты получены на различных режимах полета для изделий, существенно различающихся по внешним обводам [4].
Компьютерное моделирование обладает рядом неоспоримых преимуществ, которые делают его привлекательным, особенно на этапе проектных исследований, для совершенствования аэродинамической компоновки изделия и выбора варианта для реализации. К их числу относятся:
• возможность получения необходимой информации в полном объеме в сжатые сроки на начальном этапе разработки изделия, что снижает риск получения негативных результатов (критических ситуаций) на этапах выпуска конструкторской документации и изготовления материальной части;
• возможность определения всей номенклатуры АДХ для конкретного режима (Мте, а, Н)
в процессе одного решения (поля параметров течения около изделия, распределение давления по поверхности, коэффициенты суммарных аэродинамических сил и моментов, эпюры распределения сил по длине) с одинаковой погрешностью;
• возможность определения АДХ во всем необходимом диапазоне чисел Маха и углов атаки (а — 0.180°), что практически нереализуемо при испытаниях в АДТ или требует колоссальных временных и финансовых затрат;
• чрезвычайно высокая информативность, обусловливающая возможность проведения комплексного анализа аэрогазодинамики изделия с использованием данных по параметрам (давление, плотность, скорость, температура) и структуре течения около и вблизи поверхности тела (включая линии тока), распределения давления на поверхности и сил по длине тела, а также интегральных значений сил и моментов;
• возможность объяснять на основе расчетных данных аномальное поведение АДХ, получаемых экспериментально;
• возможность сравнительного анализа АДХ большого числа вариантов компоновки изделия в ограниченные сроки с целью выбора рациональной аэродинамической формы;
• возможность оценки влияния на АДХ немоделируемых в испытаниях факторов (холодные-горячие струи, выступающие элементы конструкции и т. д.), подвесных устройств моделей в АДТ для корректного пересчета результатов экспериментальных исследований на условия полета;
• возможность исследования влияния на АДХ реальных свойств газа (физико-химических процессов между головным скачком уплотнения и поверхностью тела) при гиперзвуковых скоростях полета, не моделируемых в наземных экспериментальных установках.
Несмотря на перечисленные достоинства математического (компьютерного) моделирования, решение каждой задачи является уникальным и достаточно трудоемким процессом. Длительность непрерывного счета для одного режима полета (Мте, Н, а) может меняться в диапазоне от двух-трех недель при использовании персонального компьютера до двух-трех дней на суперкомпьютере типа «Ломоносов».
Основным недостатком компьютерного моделирования является неполная адекватность современных математических моделей описываемым физическим процессам и связанные с этим трудности использования существующих программных комплексов.
С
1,5« 1,00,50,0-0,5-1,0-1,5-
■ulimuki)
h ,
\
0 2 0 4 ) 6 0 8 ) *1£ 1 20 U 0 If ¡0 18
«fs 1—1
а)
в)
160 /80 а,
-0,6
г)
Рис. 2. Зависимость аэродинамических характеристик возвращаемого аппарата от угла атаки а при числе Мж = 1,5: а — коэффициента продольной силы C; б — коэффициента нормальной силы Cy; в — коэффициента момента тангажа m; г — коэффициента аэродинамического качества K
Примечание. ■ - расчет с использованием ПК AeroShape-3D; о - расчет с использованием ПК Fluent (без учета влияния державки); • - расчет с использованием ПК Fluent (с учетом влияния державки); ♦ — эксперимент в аэродинамической трубе Т-109 ЦАГИ, Мж = 1,7; ♦ — эксперимент в аэродинамической трубе У-3М ЦНИИмаш; ▲ — эксперимент на летающей модели в аэродинамической трубе ЦНИИмаш.
За период 1994...2013 гг. с использованием компьютерного моделирования в РКК «Энергия» с участием Санкт-Петербургского государственного Политехнического университета (СПбГПУ), ЦНИИмаш, ЦАГИ, ИТПМ СО РАН, Института проблем механики им. А.Ю. Ишлинского РАН (ИПМех РАН), ООО «ТЕСИС», Института автоматизации проектирования РАН (ИАП РАН) успешно решены задачи определения АДХ в процессе проектных исследований для РКН «Зенит-351», «Зенит-35!Б», «Аврора», «Русь-М», ПТК типа «несущий корпус», «трансформер», крылатых и сегментально-конической формы, отделяемых головных блоков систем аварийного спасения (ОГБ САС) с работающими ДУ и др. с последующим подтверждением экспериментальными данными. Наряду с задачами внешнего обтекания решены задачи внутренних течений в отсеках РКН [4].
экспериментальные исследования
Экспериментальные исследования, модельные и натурные, по-прежнему остаются основным методом верификации аэродинамических характеристик изделий.
Однако успешное использование компьютерного моделирования для прогнозирования аэродинамических характеристик тел самой разной формы привело к пересмотру роли физического эксперимента в процессе исследования аэродинамики изделий ракетно-космической техники, особенно на начальных стадиях проектирования. Вместо инструмента определения АДХ физическое моделирование все в большей мере превращается в инструмент верификации (валида-ции) расчетных значений характеристик и исследования малоизученных аномальных явлений.
Изменение роли физического эксперимента обусловлено следующими основными факторами:
• резко возросшими возможностями компьютерного моделирования и совершенствованием математических моделей описания процессов обтекания тел произвольной формы во всем необходимом диапазоне скоростей полета и углов атаки;
• длительными сроками подготовки и проведения экспериментальных исследований;
• невозможностью одновременного соблюдения всего комплекса параметров подобия при проведении испытаний в аэродинамических трубах и необходимостью пересчета результатов модельных экспериментальных исследований на условия полета;
• сравнительно малой информативностью экспериментальных исследований, даже в случае создания комплексных моделей, позволяющих одновременно определять суммарные АДХ, распределение и пульсации давления;
• невозможностью оперативного реагирования на изменения внешних обводов изделия в процессе проектирования в связи с необходимостью доработки материальной части или изготовления ее заново, что требует частичного или полного повторения испытаний;
• сложностью и дороговизной исследования АДХ разделяющихся объектов в силу многообразия их относительных положений и широкого диапазона изменения режимов полета (число Маха, углы атаки и крена) даже в случае использования автоматизированных стендов, обеспечивающих относительное перемещение моделей в процессе работы АДТ.
Длительность подготовки и проведения экспериментальных исследований обусловлена необходимостью проектирования и изготовления моделей, оснащения их аттестованным измерительным оборудованием. Даже при хорошо организованном процессе проектирования и изготовления моделей, в том числе с использованием станков с ЧПУ, производственный цикл составляет 3. 12 месяцев в зависимости от назначения, типа и сложности внешних обводов модели и наличия ДУ. С учетом времени на проведение испытаний и обработку данных длительность цикла составляет 4.18 месяцев для одной модели. В результате вся необходимая для проектирования информация, как показывает опыт создания системы «Энергия-Буран» и других изделий, может быть получена лишь к началу, а в ряде случаев и в процессе проведения летных испытаний, что связано с определенным риском.
Модельные экспериментальные данные, как правило, требуют пересчета на условия полета. Это связано с тем, что в АДТ не воспроизводятся натурные значения числа Рей-нольдса (Яеа), посчитанные по характерному размеру й, особенно в дозвуковом-сверхзвуковом диапазоне чисел Маха (Мте = 0,3.3,0). То есть в испытаниях не моделируется влияние вязкости, что особенно опасно для конфигураций с развитыми зонами отрыва в поле течения. Кроме того, на течение около моделей оказывают влияние подвесные устройства-державки, предназначенные для крепления моделей в рабочей части АДТ. Влияние державок на АДТ может быть довольно значительным при обтекании тел малого
удлинения [5]. Для моделирования влияния струй работающих ДУ на АДХ в условиях испытаний в трубах чаще всего истечение из сопел продуктов сгорания топлива заменяют истечением холодного воздуха. Это связано с чрезвычайно высокой стоимостью изготовления «горячих» моделей и проведения их испытаний. Такой подход требует перехода от реальной геометрии сопел ДУ к модельной и соответствующему изменению газодинамических параметров на их срезе. Приближенные критерии моделирования на холодном воздухе вносят свою неопределенность (погрешность) в получаемые результаты.
Как показывает опыт разработки ППТК, расчетные исследования позволяют получить полный перечень АДХ, необходимых для решения проектных вопросов, в течение одного-полутора лет с момента начала работ. В последующие периоды идут исследования, связанные с уточнением характеристик и оптимизацией аэродинамической компоновки. Такая динамика исследования АДХ позволяет существенно снизить риски получения негативного результата на заключительной стадии разработки изделия.
Как показывает опыт создания системы «Энергия-Буран» и других изделий, на определение АДХ экспериментальным путем уходит 5.10 лет в зависимости от сложности исследуемой конфигурации. Длительность получения данных в этом случае в значительной мере обусловлена необходимостью изготовления серии моделей разного назначения:
• весовых (для определения суммарных АДХ);
• дренажно-пульсационных (для исследования распределения давления и пульсаций давления);
• струйных (для исследования влияния струй на АДХ);
• специальных (для исследования АДХ при разделении и сбросе створок головных обтекателей, для визуализации и др.).
Для получения информации во всем полетном диапазоне чисел Маха (Мте = 0,3.10,0) используются АДТ с разными размерами рабочих частей. В связи с этим возникает необходимость изготовления однотипных моделей разного масштаба, что увеличивает номенклатуру моделей и перечень измерительных устройств в два-три раза.
В процессе экспериментальной отработки меняется геометрия проектируемого изделия, что требует соответствующей доработки моделей. В результате АДХ исполнительного варианта компоновки могут быть получены лишь
к моменту начала летно-конструкторских испытаний (ЛКИ), что связано с определенными рисками.
В силу сказанного, экспериментальные исследования все в меньшей мере используются для получения аэродинамических характеристик на начальных стадиях проектирования, оставаясь основным инструментом верификации АДХ и получения данных по погрешностям их определения.
Изложенная точка зрения согласуется с зарубежным подходом к исследованию аэрогазодинамики разрабатываемых летательных аппаратов, в частности, корабля ORION. Огромный экспериментальный материал по аэрогазодинамике корабля APOLLO используется для разностороннего тестирования программного обеспечения с последующим его применением для прогнозирования АДХ КА ORION на различных режимах полета.
Тем не менее ряд физических процессов и соответствующих характеристик вплоть до настоящего времени может быть исследован только экспериментально в аэродинамических трубах или на стендах. К числу таких характеристик относятся ударно-волновые воздействия на изделия при запуске маршевых ДУ РН или ОГБ САС, пульсации давления на внешней поверхности, акустическое излучение струй ДУ. В настоящее время предпринимаются первые попытки расчетного определения этих характеристик для изделий относительно простой конфигурации [6].
Аналогия между компьютерным и физическим моделированием
Анализ процедур (операций) расчетного и экспериментального исследования АДХ показывает их практически полную идентичность. Таблица демонстрирует перечень и последовательность выполняемых операций в процессе получения результата.
Компьютерное и физическое моделирование органично дополняют друг друга, повышая надежность прогнозирования доверительных интервалов аэродинамических характеристик при проектировании. Разбросы АДХ, получаемых при использовании различных ПК, сопоставимы с разбросами, получаемыми на моделях разного масштаба и в разных аэродинамических трубах (см. рис. 2). Таким образом, компьютерное моделирование позволяет на начальных стадиях исследований задать достаточно обоснованные полосы разброса (погрешностей) характеристик, которые могут быть уточнены на последующих этапах по результатам многократных экспериментальных исследований на моделях в аэродинамических трубах и по данным ЛКИ.
Аналогия между экспериментальными и расчетными исследованиями АДХ изделий РКт
Эксперименты. Содержание работы Расчеты. Содержание работы
Выбор аэродинамических труб в соответствии с диапазонами М^, а, Ев и необходимостью дублирования Выбор ПК в соответствии с диапазонами М^, а, Ев и необходимостью дублирования
Выбор масштаба моделей Выбор размеров расчетной области
Проектирование и изготовление моделей Создание 3Д-модели внешних обводов изделия
Определение типа моделей (весовые, весовые с тензометрией) Определение перечня характеристик, подлежащих исследованию
Формирование программы испытаний в соответствии с режимами полета Формирование матрицы расчетных случаев для полетных режимов
Подготовка моделей, оснащение их средствами измерений, тарировки Выбор числа узлов расчетной сетки. Адаптация ПК для решения поставленной задачи
Выбор типа перфорации стенок аэродинамической трубы. Испытания эталонной модели Тестовые расчеты для аналога, по которому имеются экспериментальные данные
Промышленные испытания Серийные расчеты
Обработка первичной информации, формирование массивов экспериментальных данных по АДХ Обработка результатов расчетов, получение АДХ по полям давления
Исследования погрешностей определения АДХ: • многократные испытания одной модели в разных трубах; • многократные испытания моделей разного масштаба в одной трубе Исследования погрешностей определения АДХ (определение доверительных интервалов): • расчеты с использованием разных программных комплексов; • вариации областей, сеток, моделей турбулентностей и т.д.
Пересчет результатов модельных экспериментальных данных на условия полета (влияние подвесных устройств, Ев = юат, горячие-холодные струи и т. д.) Сравнение расчетных и модельных экспериментальных данных. Расчеты для условий модельных испытаний
Формирование исходных данных и банков АДХ Формирование исходных данных и банков АДХ
заключение
Разработка в России и за рубежом программных комплексов для расчета течения вязкой сжимаемой жидкости и появление высокопроизводительной вычислительной техники позволили существенно увеличить долю (перечень) аэрогазодинамических характеристик проектируемых изделий, определяемых расчетом, и сократить сроки их исследований.
Изменилась роль экспериментальных исследований — из инструмента определения АДХ они все в большей мере превращаются в инструмент верификации (подтверждения) расчетных значений характеристик.
Компьютерное и физическое моделирование — два взаимодополняющих метода прогнозирования АДХ, окончательно подтверждаемых результатами летных испытаний.
Список литературы
1. Система моделирования движения жидкости и газа FlowVision, версия 2.05.04, Руководство пользователя. М.: ООО «ТЕ-СИС», 2005. 1230 с.
2. Gavriliuk V.N., Lipatnikov A.V., Kozlyaev A.N., Odintsov E.V. et al Computation
Modeling of the Combustion Problems with the use of AeroShape-3D Numerical Technique, ISTS.94-d-27, 1994.
3. ANSYS FLUENT 12.1 Theory guide, Solver Theory. ANSYS Inc., 2010.
4. Дядькин A.A., Крылов A.H., Симакова Т.В. Опыт применения в КБ математического моделирования для исследования аэродинамических характеристик ракетно-космических систем // Международный форум «Инженерные системы-2012». ООО «ТЕ-СИС», Москва, 10-11 апреля 2012 г.
5. Машиностроение. Энциклопедия. Ракетно-космическая техника. Кн. 1. Т. IV-22. М.: Машиностроение, 2012. С. 275-276.
6. Aксенов A.A., Дядькин A.A., Маркова Т.В., Москалев И.В., Рыбак С.П. Численное моделирование ударно-волновых воздействий на возвращаемый аппарат пилотируемого транспортного корабля при срабатывании системы аварийного спасения // Международный форум «Инженерные системы-2013». ООО «ТЕСИС», Москва, 15-16 апреля 2013 г. С. 86-96.
7. Дядькин А.А. Аэрогазодинамика ракетно-космического комплекса "Морской старт"// Космическая техника и технологии. 2014. № 2(5). С. 14-31.
Статья поступила в редакцию 06.12.2013 г.
