Расчетный анализ особенностей аэротермодинамики высокоскоростного летательного аппарата X-51

Выполнено расчетное исследование аэродинамических коэффициентов модели высокоскоростного летательного аппарата, аналогичного X-51, движущегося с числом Маха M = 6. Моделирование проведено с использованием оригинального и модифицированного авторских компьютерных кодов (UST3D и UST3D-AUSMPW), предназначенных для численного моделирования аэротермодинамики высокоскоростных летательных аппаратов произвольной конфигурации. Такие авторские компьютерные коды реализуют модель вязкого сжимаемого теплопроводного газа, описываемую пространственной нестационарной системой уравнений Навье --- Стокса, решаемой на трехмерных неструктурированных тетраэдральных сетках. Рассмотрены теоретические аспекты компьютерного моделирования аэротермодинамики высокоскоростных летательных аппаратов. Описан метод расчета потока массы через границы ячеек расчетной сетки, реализуемый в модифицированной версии авторского компьютерного кода. Проведена перекрестная верификация результатов, полученных с использованием авторских компьютерных кодов, а также проведено сравнение авторских компьютерных кодов по времени сходимости результатов. Показано, что данные авторские компьютерные коды дают достаточно достоверную картину распределения полей искомых величин, а также рассчитывают аэродинамические характеристики с высокой точностью относительно друг друга

Литература

[1] Schmisseur J.D. A hypersonics into the 21st century: a perspective on AFOSR-sponsored research in aerothermodynamics. 43rd AIAA Fluid Dynamics Conf., 2013. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2013-2606

[2] Bertin J. Hypersonic aerothermodynamics. AIAA, 1994.

[3] Лунев В.В. Гиперзвуковая аэродинамика. М., Машиностроение, 1975.

[4] Anderson J. Hypersonic and high-temperature gas dynamics. AIAA, 2006.

[5] Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. Применение метода расщепления по физическим процессам для расчета гиперзвукового обтекания пространственной модели летательного аппарата сложной формы. ТВТ, 2013, т. 51, № 6, с. 897--911. DOI: https://doi.org/10.7868/S0040364413050232

[6] Железнякова А.Л., Суржиков С.Т. Расчет гиперзвукового обтекания тел сложной формы на неструктурированных тетраэдральных сетках c использованием схемы AUSM. ТВТ, 2014, т. 52, № 2, с. 283--293. DOI: https://doi.org/10.7868/S0040364414020215

[7] Surzhikov S.T. Validation of computational code UST3D by the example of experimental aerodynamic data. J. Phys.: Conf. Ser., 2017, vol. 815, art. 012023. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/815/1/012023

[8] Яцухно Д.С., Суржиков С.Т. Метод расщепления по физическим процессам в задаче моделирования обтекания перспективного высокоскоростного летательного аппарата. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Машиностроение, 2018, № 1, c. 20--33. DOI: https://doi.org/10.18698/0236-3941-2018-1-20-33

[9] Суржиков С.Т. Компьютерная аэрофизика спускаемых космических аппаратов. Двухмерные модели. М., ФИЗМАТЛИТ, 2018.

[10] Суржиков С.Т. Аэрофизика гиперзвукового потока воздуха у поверхности спускаемого космического аппарата на высотах менее 60 км. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2016, № 5, c. 33--45. DOI: https://doi.org/10.18698/1812-3368-2016-5-33-45

[11] Забарко Д.А., Котенев В.П. Численное исследование ламинарных течений вязкого химически реагирующего газа около затупленных тел. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. Естественные науки, 2006, № 1, c. 77--95.

[12] Kryuchkova A.S. Development and testing of non-viscid solver based on UST3D programming code. J. Phys.: Conf. Ser., 2019, vol. 1250, art. 012009. DOI: https://doi.org/10.1088/1742-6596/1250/1/012009

[13] Белоцерковский О.М., Давыдов Ю.М. Метод крупных частиц в газовой динамике. М., Наука, 1982.

[14] Roache P.J. Computational fluid dynamics. Albuquerque, Hermosa Publ., 1976.

[15] Liou M.S., Steffen C. A new flux splitting scheme. J. Comput. Phys., 1993, vol. 107, no. 1, pp. 23--39. DOI: https://doi.org/10.1006/jcph.1993.1122

[16] Liou M.S. A sequel to AUSM: AUSM+. J. Comput. Phys., 1996, vol. 129, no. 2, pp. 364--382. DOI: https://doi.org/10.1006/jcph.1996.0256

[17] Wada Y., Liou M.S. An accurate and robust flux splitting scheme for shock and contact discontinues. SISC, 1997, vol. 18, no. 3, pp. 633--657. DOI: https://doi.org/10.1137/S1064827595287626

[18] Liou M.S. A sequel to AUSM, part II: AUSM+-up. J. Comput. Phys., 2006, vol. 214, no. 1, pp. 137--170. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jcp.2005.09.020

[19] Edwards J.R., Franklin R., Liou M.-S. Low-diffusion flux-splitting methods for real fluid flows with phase transitions. AIAA J., 2000, vol. 38, no. 9, pp. 1624--1633. DOI: https://doi.org/10.2514/2.1145

[20] Chang C.H., Liou M.S. A new approach to the simulation of compressible multifluid flows with AUSM+ scheme. 16th AIAA CFD Conf., 2003. DOI: https://doi.org/10.2514/6.2003-4107

[21] Edwards J.R., Liou M.S. Low-diffusion flux-splitting methods for flows at all speeds. AIAA J., 1998, vol. 36, no. 9, pp. 1610--1617. DOI: https://doi.org/10.2514/2.587

[22] Kim K., Kim C., Rho O.H. Methods for the accurate computations of hypersonic flows I. AUSMPW+ scheme. J. Comput. Phys., 2001, vol. 174, no. 1, pp. 38--80. DOI: https://doi.org/10.1006/jcph.2001.6873

[23] Van Leer B. Flux-vector splitting for the Euler equations. 8th Int. Conf. Num. Meth. Fluid Dyn. Springer, 1982, pp. 507--512.

[24] Liou M.S., Wada Y. A flux splitting scheme with high-resolution and robustness for discontinuities. 32nd Aerospace Sciences Meeting and Exhibit, 1994. DOI: https://doi.org/10.2514/6.1994-83

[25] Андерсон Д., Таннехилл Дж., Плетчер Р. Вычислительная гидромеханика и теплообмен. М., Мир, 1990.