О. Е. Колганов, аспирант, А. Г. Решетин, д.т.н., профессор
Московский физико-технический институт
РКК Энергия
В тридцатилетней истории хорошо зарекомендовавших себя полетов спускаемого аппарата «Союз» осталось не до конца раскрытое явление гистерезиса аэродинамических характеристик аппарата на гиперзвуковых нестационарных режимах спуска. Подробно это явление представлено в статье [1].
Во время спуска аппарата в случае свободного движения относительно центра масс угол атаки периодически меняется. В следствие этого аппарат приобретает определенные угловые скорости, возникает вращение вокруг поперечной оси Z и дальнейшие колебания. Оказалось, что при вращении аппарата значения некоторых аэродинамических характеристик заметно отличаются от значений на тех же углах атаки и при тех же режимах, но в стационарном полете, когда нет вращения. Более того, отмечен гистерезис в характеристиках, то есть значения моментов и усилий зависит от направления вращения. Причем численные расчеты аэродинамических характеристик без учета вращательных производных не согласуются с данными натурных испытаний. Появилось как количественное, так и качественное расхождение в расчетах аэродинамических характеристик.
В результате проведенной работы был выполнен анализ алгоритма расчета существующего пакета программ, найдена причина расхождения данных расчета с данными эксперимента – отсутствие в формулах расчета аэродинамических сил нестационарных членов. В теоретических выкладках были выписаны подробно все нестационарные члены выражения для аэродинамических усилий на основе полуэмпирического метода представленных в работе [2,3]. Аналитически описана причина возникновения гистерезиса в аэродинамических характеристиках, указано значение поправки к расчетам (величина гистерезиса). Данные поправки, учитывающие нестационарность, внесены в численный алгоритм расчета. Проведены численные расчеты, результаты которых сопоставлены с данными экспериментов. Как и ожидалось, внесенные поправки привели к качественному и количественному совпадению численных расчетов и эксперимент.
Литература.
- А.Г.Решетин, Аэродинамический гистерезис при обтекании спускаемого аппарата космического корабля "Союз" гиперзвуковым вязким потоком. Результаты натурных испытаний. Космонавтика и ракетостроение, N 19, с. 150, 2000
- А.Г.Решетин, Е.Н.Лычкин, В.М.Котов, А.Н.Щелконогов. Численные методы механики сплошных сред, Наука, N 6, с. 110-122, 1980
- О.М. Белоцерковский. Численное моделирование в Механике сплошных сред. Изд. «Наука», стр. 285, г., 1984
