Компьютерное моделирование позволяет при помощи инженерных методов быстро проводить анализ аэродинамических характеристик летательных аппаратов [1, 2]. В работе предлагается создание инженерной программы определения основных аэродинамических характеристик разных формы тел. В работе представлены аэродинамические расчеты компоновок возвращаемого летательного аппарата (ВЛА) типов «Клипер, модель ЦАГИ» с помощью локального метода при различных числах Рейнольдса.

В данной работе используются выражения для элементарных сил давления и трения в форме работы [3].

, .

Здесь коэффициенты p0, p1, τ0 (коэффициенты режима течения) зависят от числа Рейнольдса Re0 = r∞V∝L/µ0, в котором коэффициент вязкости µ0 вычисляется при температуре торможения T0. Кроме числа Рейнольдса наиболее важным параметром является температурный фактор tw = Tw/T0, где T0, Tw – температура торможения и температура поверхности.

Зависимость коэффициентов режима в гиперзвуковом случае должна обеспечивать переход к свободномолекулярным значениям при Re0→0 и значением теории Ньютона, методов тонких касательных клиньев или конусов при Re0→∞. На основе анализа расчетных и экспериментальных данных предложены эмпирические формулы

,

,

.

Здесь

, ,

, .

где h – относительные поперечные размеры аппарата, равный отношению его высоты к длине.

Представлены результаты расчета коэффициентов силы сопротивления, подъемной, момента тангажа для возвращаемого летательного аппарата вариантов «Клипер ЦАГИ [4, 5]». Расчеты проводились с использованием локального метода в диапазоне углов атаки a от 0° до 90° с шагом 5°. Параметры задачи были следующие: отношение теплоемкостей g = 1.4; температурный фактор tw = Tw/T0 = 0.1; число Рейнольдса Rе0 = 0, 10, 102, 104. На рис. (2, 3) представлены зависимости Cx(a), Cy(a), mz(a) при различных значениях числа Рейнольдса. На рис. 2 видно, что с увеличением числа Рейнольдса коэффициент сопротивления тела уменьшается (что можно объяснить уменьшением нормальных и касательных напряжений p1(Re0) и τ0(Rе0)).

Рис. 1. Зависимость Cx(a) и Cy(a) при различных числах Rе0 (tw = 0.1) для ВЛА «Клипер»

При больших числах Рейнольдса Re0 ≥ 106 характеристики почти не изменяются. Зависимость Cy(a) растает с увеличением числа Рейнольдса (что можно объяснить увеличением нормальных и касательных напряжений p1(Re0) и τ0(Rе0)). Значения mz (a) весьма чувствительны к изменению числа Рейнольдса. С увеличением числа Рейнольдса, mz (a) меньше нулю при Re0 ~ 103. Проведен анализ расчета аэродинамических характеристик гиперзвуковых летательных аппаратов в потоке разреженного газа методом по гипотезе локальности с привлечением полуэмпирических теорий. Представлен сравнение результатов расчета локальным методом аэродинамических характеристик возвращаемого летательного аппарата «Клипер» в переходном режиме при различных значениях числа Рейнольдса Re0.

Рис. 2. Зависимость mz(a) при различных числах Rе0 (tw = 0.1) для «Клипер ЦАГИ»

Таким образом, локальный метод в переходном режиме дает хорошие результаты для широкого класса тел. Полученные результаты могут быть полезны для будущего проектирования возвращаемого летательного аппарата. Работа выполнена при поддержке РФФИ (Грант № 14-07-00564-а).