Введение к работе
Актуальность работы.
При движении с большими сверхзвуковыми скоростями ЛА самолетного типа, обтекаемые поверхности которых изготовлены из традиционных авиационных материалов с относительно большой теплопроводностью, теплофизические свойства материала могут оказывать существенное влияние на температурный режим обтекаемой поверхности Для учета этого влияния необходимо решать задачу сопряженного теплообмена, т е наряду с уравнениями Прандтля должно интегрироваться уравнение теплопроводности, определяющее поле температуры в оболочке тела Выход современных самолетов на крейсерские режимы полета с большими сверхзвуковыми скоростями обострил проблему аэродинамического нагревания, поскольку обычно используемые конструкционные материалы начинают работать на пределе своих возможностей Поэтому снижение максимальной температуры поверхности за счет теплопроводности даже на сравнительно небольшую величину (Д7^ = 50 - 100) может расширить область применения того или иного материала, что влечет за собой определенный экономический эффект В связи с этим вновь усилился интерес к решению стационарных и нестационарных задач сопряженного теплообмена при обтекании тел сверхзвуковым потоком газа Исследование температурного режима передних кромок крыльев И носовых частей фюзеляжей ЛА в каждом конкретном случае экспериментальными методами сопряжено со значительньши материальными затратами, поэтому получение надежных численных результатов в широком диапазоне определяющих параметров является весьма актуальной задачей
Диссертационная работа посвящена разработке эффективных методов решения сопряженной задачи теплообмена, изучению на основе созданного комплекса программ влияния определяющих параметров и получению обобщенных данных для инженерных расчетов максимальной температуры обтекаемой поверхности
Цель диссертационной работы:
Методами вычислительной аэродинамики исследовать влияние параметров сверхзвукового потока и геометрических характеристик на температурный режим затупленных клиньев и конусов при стационарном и нестационарном режимах обтекания
Обработать результаты решения сопряженной задачи теплообмена в параметрах подобия для инженерного расчета максимальной температуры обтекаемой поверхности в широком диапазоне определяющих параметров на основе обобщенных функциональных зависимостей без совместного решения внешней и внутренней задач на ЭВМ
Изучить влияние на теплообмен и сопротивление перехода ламинарного течения в турбулентное, а также наличия стоков тепла
- Разработать методику и исследовать особенности теплообмена для случая сверхзвукового обтекания тел с малой теплопроводностью (условия трубного эксперимента)
Научная новизна работы и практическая ценность.
Многие исследователи при решении стационарной и нестационарной задач сопряженного теплообмена используют тот или иной упрощенный (одномерный) подход При двумерном же подходе часто рассматривается простейшая геометрия обтекаемого тела (пластина, оболочка постоянной толщины и т д) Автором диссертационной работы эта задача решена в двумерной постановке для тела со сложной геометрией.
оценка тепловых потоков на основе решения уравнений Прандтля при тех или иных предположениях о состоянии обтекаемой поверхности (Tv-const, q„ = 0 и т д) без решения внутренней задачи, а также с использованием приближенных коэффициентов теплообмена, может давать погрешность, поэтому автором диссертационной работы разработан программный комплекс для совместного решения уравнений Прандтля и теплопроводности
построение ортогональной системы координат позволяет решать задачу для широкого класса тел, сократить объем вычислений и улучшить сходимость итерационного процесса
сочетание метода суммарной аппроксимации с методом потоковой прогонки для решения тепловой задачи существенно сокращает время решения задачи по сравнению с иньми методами
обобщение результатов решения стационарной задачи сопряженного теплообмена позволяет определять максимальную температуру поверхности, не решая уравнений Прандтля и теплопроводности
Достоверность результатов.
Достоверность результатов диссертационной работы определяется путем сопоставления результатов численных решений на основе предлагаемого автором программного комплекса с аналитическими решениями и данными, полученными другими исследователями с использованием иных методов численного анализа
Основные положения, выносимые на защиту.
На защиту выносится следующее
Результаты численного построения ортогональной полуаналитической эл-
липтико-гиперболической системы координат в телах сложной формы,
моделирующих передние кромки стреловидных крыльев и носовых частей
фюзеляжей ЛА для решения тепловой задачи
Результаты верификации используемого метода численного моделирова
ния на частных примерах по прогреву теплопроводной оболочки тела при
обтекании сверхзвуковым потоком совершенного газа
Результаты численного анализа стационарной задачи сопряженного теп
лообмена для сверхзвукового обтекания плоских и осесимметричных
тел Максимальная температура обработана в параметрах подобия
Результаты исследования температурного режима затупленных конусов
и клиньев при ламинарном, переходном и турбулентном течении в погра
ничном слое
Результаты численного анализа нестационарной задачи сопряженного те
плообмена в полной и упрощенной постановке
Апробация работы. Результаты диссертационной работы докладывались на
10-й юбилейной научно-технической конференции по аэродинамике больших скоростей, посвященной 70-летию ЦАГИ, 1988, Жуковский,
Х1-м Всесоюзном семинаре по численным методам механики вязкой жидкости, 1988, Свердловск,
3-й ежегодной научной Школе-семинаре "Механика жидкости, газа и плазмы", ЦАГИ, 1990, Жуковский,
5-й ежегодной научной Школе-семинаре "Механика жидкости, газа и плазмы", ЦАГИ, 1992, Жуковский,
- "Research m the hypersonic flows and hypersonic technologies", Sept 19-
21,1994, TsAGI, Section 2,
XIX ежегодной научной Школе-семинаре "Механика жидкости, газа и плазмы", ЦАГИ, 2008, Жуковский
VII Международной конференции по неравновесным процессам в соплах и струях (NPNJ-2008)
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 13 печатных работ Список опубликованных работ приведен на последней странице автореферата
Структура и объем работы.
Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы, включающего 138 наименования Общий объем - 166 страниц
