Регистрация / Вход
Прислать материал

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

Номер контракта: 14.604.21.0090

Руководитель: Сон Эдуард Евгеньевич

Должность: Заместитель директора по научной работе

Организация: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук
Организация докладчика: Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Объединенный институт высоких температур Российской академии наук

Аннотация скачать
Постер скачать
Ключевые слова:
метод прямого статистического моделирования, динамика разреженного газа, зондовые измерения плазмы, высокотемпературные измерения, методы увеличения радиопрозрачности, гиперзвуковое течение, абляция, кинетика, теплообмен, многокомпонентный вязкий ударный слой, изменение формы, неравновесные физико-химические процессы в сжатом слое, плазмотрон, спектральные измерения.

Цель проекта:
Реализация проекта направлена на решение проблемы разработки гиперзвуковых летательных аппаратов Целью работы 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:
Прикладной программный комплекс для моделирования условий движения спускаемых гиперзвуковых летательных аппаратов (ГЛА) в атмосфере, учитывающих изменение формы поверхности ГЛА вследствие разрушения теплозащитного покрытия (ТЗП)
Новые модели турбулентности с учетом неравновесности плазмохимических реакций, многокомпонентной диффузии, теплопроводности, взаимодействия с электромагнитными полями и радиационного теплообмена, происходящего в ударно сжатом и пограничном слоях на поверхности ГСЛА.
Результаты экспериментальных исследований и численного моделирования плазмы, образующейся у поверхности ГСЛА
Данные по разрушению углеродных материалов в потоке высокотемпературного газа с температурой в сжатом слое в диапазоне температур (5000-10000) К, полученные на плазматронах ОИВТ мощностью до 1 МВт.
Результаты численного моделирования плазмы, образующейся у поверхности ГСЛА.
Будут созданы экспериментальные образцы зондов из тугоплавких материалов для измерения концентрации плазмы.
Будут созданы экспериментальные образцы датчиков для измерения концентрации плазмы, основанного на эффекте Холла с применением статических магнитов с магнитным полем порядка 1 Тл.

Краткая характеристика создаваемой/созданной научной (научно-технической, инновационной) продукции:
Создаваемый прикладной программный комплекс будет по ряду параметров превосходить все существующие зарубежные аналоги. При этом конкурентным преимуществом будет являться комплексность экспериментальных и расчетно-теоретических методик исследования и проектирования ГЛА.

Назначение и область применения, эффекты от внедрения результатов проекта:
Основной областью применения полученных результатов ПНИ является область науки и техники связанная с созданием гиперзвуковых летательных аппаратов.
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:
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»
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)»
Внедрение разрабатываемого программного комплекса позволят совершить прорыв области разработок гиперзвуковых летательных аппаратов как военного так и гражданского применений.
Внедрение разрабатываемого комплекса позволит в кратчайшие сроки перейти к созданию гиперзвуковых летательных аппаратов, что в свою очередь даст качественный скачок как в развитии различных научно технических направлений так и для всей экономики в целом.

Текущие результаты проекта:
Разработана физико-математической модели процесса сублимации ТЗП и изменения формы поверхности ГЛА с помощью автоматической замены модели с использованием CAD-системы.
Разработана физико-математическая модель радиационного излучения плазмы в ударно сжатом слое.
Разработан программный компонент ППК, моделирующий гиперзвуковой обтекающий поток с учетом химических реакций на поверхности ГЛА и изменения формы поверхности ГЛА, вызванного разрушением ТЗП.
На примере решения тестовых моделирующих задач проведена расчетная валидация предварительной версии программного компонента ППК, моделирующего гиперзвуковой обтекающий поток с учетом химических реакций на поверхности ГЛА и изменения формы поверхности ГЛА, вызванного разрушением ТЗП. Представленные результаты методических расчётов демонстрируют часть возможностей программного компонента по моделированию гиперзвукового течения с учётом абляции ТЗП.
Проведена верификация программного комплекса на основе опубликованных работ.
Разработаны и созданы экспериментальные образцы зондов из тугоплавких материалов для измерения концентрации электронов в потоке химически активной плазмы.
Разработаны и созданы экспериментальные образцы датчиков на основе эффекта Холла для измерения концентрации электронов в условиях, моделирующих параметры спуска по энтальпии
Разработана, реализована и испытана в эксперименте комплексная экспериментальная установка по исследованию воздействии высокоэнтальпийной плазменной струи на мишень из термостойкого материала включающая в себя:
плазменный генератор с системой питания, управления и регистрации параметров дугового разряда;
систему калориметрических измерений плазменной струи;
систему комплексных измерений оптических и спектральных характеристик плазмы и нагреваемого ею образца.
Выполнен цикл исследований воздействия аргоновой плазменной струи атмосферного давления на образцы из графита изотропного марки МПГ-6 включающий:
синхронную видеорегистрацию процесса взаимодействия «струя-образец» двумя скоростными камерами с целью выполнения двухпозиционной томографии аблирующего материала и получения данных о скорости уноса этого материала;
микропирометрию поверхности нагреваемого в процессе воздействия плазмы образца, осуществляемую в режиме реального времени путем программной обработки «тела свечения» образца;
количественную спектроскопию плазменной струи с пространственно-временным разрешением, обеспечивающую измерение температуры и концентрации электронов плазмы, а также температуру поверхности образцов;
результаты измерения скорости убыли материала образца методом взвешивания, лазерного ножа и стереоскопии.
Проведен вычислительный эксперимент по моделированию взаимодействия аргонового плазменного потока с углеродны образцом. Получено совпадение результатов вычислительного эксперимента с экспериментальными исследованиями того же процесса.