Регистрация / Вход
Прислать материал

Экспериментальное и расчетно-теоретическое исследование разрушения теплозащитных покрытий и образования плазмы вблизи поверхности гиперзвуковых летательных аппаратов

Докладчик: Сон Эдуард Евгеньевич

Должность: Заместитель директора ОИВТ РАН. Чл.-корр. РАН, д.ф.-м.н., проф.

Цель проекта:
1.Создание комплекса прикладных программ на основе решения следующих задач: 1.1. Постановка задачи для решения полной системы уравнений Навье-Стокса и термогазодинамики для ГСЛА с учетом разрушения материалов ТЗП. 1.2. Разработка новых моделей турбулентности с учетом неравновесности плазмохимических реакций, многокомпонентной диффузии, теплопроводности, радиационного теплообмена, происходящего в ударно сжатом и пограничном слоях на поверхности ГСЛА. 1.3.Создание комплекса прикладных программ на основе сертифицированных расчетных пакетов, разработанных в авторском коллективе, использующихся в ракетно-космической отрасли Российской Федерации - FlowVision и Gas Dynamic Tool (GDT), для расчета гиперзвуковых спускаемых летательных аппаратов (ГСЛА) в атмосфере Земли на высотах от 150 км и ниже со скоростями до 8 км/с под разными углами атаки с учетом изменения аэродинамической формы ГСЛА 2. Экспериментальное исследование и численное моделирование плазмы, образующейся у поверхности ГСЛА 2.1. Модификация пакета Flow Vision для учета образования плазмы у поверхности ГСЛА 2.2. Численное моделирование плазмы, образующейся у поверхности ГСЛА на основе пакета Flow Vision. 2.3. Анализ влияния плазмы на контроль траектории движения ГСЛА. 2.4. Разработка и создание электрических зондов для измерения концентрации плазмы, основанных на зондах из тугоплавких материалов в оболочках из неразрушаемых покрытий в потоке химически активной плазмы. 2.5. Разработка и создание электрических зондов для измерения концентрации плазмы, основанных на эффекте Холла с применением статических магнитов с магнитным полем порядка 1 Тл. Целью реализуемого проекта является создание прикладного программного комплекса (ППК) и проведение обеспечивающих экспериментальных исследований для комплексного моделирования условий движения спускаемых гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА) в атмосфере, учитывающих изменение формы поверхности ГЛА вследствие разрушения теплозащитного покрытия (ТЗП).

Основные планируемые результаты проекта:
В процессе создания комплекса прикладных программ будут получены следующие результаты:
1. Формулировка задачи для решения полной системы уравнений Навье-Стокса и термогазодинамики для ГСЛА с учетом разрушения композиционных углеродных материалов ТЗП.
2. Новые моделей турбулентности с учетом неравновесности плазмохимических реакций, многокомпонентной диффузии, теплопроводности, радиационного теплообмена, происходящего в ударно сжатом и пограничном слоях на поверхности ГСЛА.
3.Комплекс прикладных программ на основе сертифицированных расчетных пакетов, разработанных в авторском коллективе, использующихся в ракетно-космической отрасли Российской Федерации - FlowVision и Gas Dynamic Tool (GDT), для расчета гиперзвуковых спускаемых летательных аппаратов (ГСЛА) в атмосфере Земли со скоростями до 8 км/с под разными углами атаки с учетом изменения аэродинамической формы ГСЛА
4. Данные по разрушению углеродных материалов в потоке высокотемпературного газа с температурой в сжатом слое в диапазоне температур (5000-10000) К, полученные на плазмотронах ОИВТ РАН мощностью до 1 МВт.
5. Расчеты транспортных свойств плазмы для равновесной многокомпонентной плазмы в приближениях замороженного течения и локального химического равновесия для плазмы продуктов разрушения ГСЛА в атмосфере.
6. Результаты экспериментальных исследований и численного моделирования плазмы, образующейся у поверхности ГСЛА
7. Модифицированный пакет Flow Vision для учета образования плазмы у поверхности ГСЛА
8. Результаты численного моделирования плазмы, образующейся у поверхности ГСЛА на основе пакета Flow Vision.
9. Результаты анализа влияния плазмы на контроль траектории движения ГСЛА.
10. КД электрического зонда для измерения концентрации плазмы, основанного на зондах из тугоплавких материалов в оболочках из неразрушаемых покрытий в потоке химически активной плазмы.
11. КД электрического зонда для измерения концентрации плазмы, основанного на эффекте Холла с применением статических магнитов с магнитным полем порядка 1 Тл.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Разрабатываемый комплекс программ и экспериментальные стенды, объединенные в систему проектирования гиперзвуковых летательных аппаратов могут быть рекомендованы следующим организациям вовлеченным в разработку и создание гиперзвуковых летательных аппаратов:
Открытое акционерное общество "Государственный ракетный центр имени академика В.П. Макеева"
ОАО "Корпорация "Московский институт теплотехники"
Государственный научный центр Федеральное государственное унитарное предприятие «Центральный аэрогидродинамический институт имени профессора Н.Е. Жуковского»
Открытое акционерное общество «Конструкторское бюро приборостроения»
ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НАУЧНЫЙ ЦЕНТР ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ УНИТАРНОЕ ПРЕДПРИЯТИЕ "Центральный институт авиационного моторостроения имени П.И. Баранова"
Федеральное государственное унитарное предприятие "Центральный научно-исследовательский институт машиностроения" (ФГУП ЦНИИмаш)
Московский физико-технический институт (государственный университет)
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Московский авиационный институт (национальный исследовательский университет)»
Московский государственный технический университет имени Н. Э. Баумана
Конкурентным преимуществом будет являться комплексность экспериментальных и расчетно- теоретических методик исследования и проектирования ГЛА.
Внедрение разрабатываемого программного комплекса специализированными предприятиями позволит сократить время и средства на разработку новых типов ГЛА, что придаст значительное ускорение развитию всей отрасли в целом.

Текущие результаты проекта:
1.1. Выполнен аналитический обзор современной научно-технической, нормативной, методической литературы по проблеме моделирования условий движения ГЛА в атмосфере.
1.2. Проведены патентные исследования в соответствии с ГОСТ 15.011-96.
1.3. Проведено обоснование направлений исследований по теме ПНИ.
1.4. Разработаны физико-математические модели процесса кипения и сублимации ТЗП и изменения формы поверхности ГЛА с помощью автоматической замены модели с использованием CAD-системы.
1.5 Разработана предварительная версия программного компонента ППК, моделирующего гиперзвуковой обтекающий поток с учетом химических реакций на поверхности ГЛА и изменения формы поверхности ГЛА, вызванного разрушением ТЗП.
1.6. Разработаны и изготовлены экспериментальные образцы зондов из тугоплавких материалов для измерения концентрации электронов в потоке химически активной плазмы.
1.7. Выполнено дооснащение экспериментального стенда для экспериментального исследования процесса разрушения образцов ТЗП в потоке химически неактивной плазмы.
1.8. Разработана программа и методика экспериментальных исследований процесса разрушения образцов ТЗП в потоке химически неактивной плазмы
1.9. Разработка программы и методик вычислительного эксперимента по моделированию процесса разрушения образцов ТЗП в потоке химически неактивной плазмы.
1.10. Разработан экспериментальный образец датчика на основе эффекта Холла для измерения концентрации электронов в условиях, моделирующих параметры спуска по энтальпии.