ТЕХНИЧЕСКАЯ МЕХАНИКА
ISSN 1561-9184 (печатная версия), ISSN 2616-6380 (електронная версия)

ГЛАВНАЯ    ПРО ЖУРНАЛ    РЕДКОЛЛЕГИЯ    АВТОРАМ    ТЕКУЩИЙ ВЫПУСК    АРХИВ    КОНТАКТЫ

УДК 629.78.067:620.196:523

Техническая механика, 2017, 3, 53 - 63

ПРИМЕНЕНИЕ МЕТОДА ПРОБНЫХ ЧАСТИЦ К АЭРОДИНАМИЧЕСКОМУ РАСЧЕТУ КОСМИЧЕСКИХ АППАРАТОВ

Л. Л. Печерица, А. С. Палий

Л. Л. Печерица
Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины
Украина

А. С. Палий
Институт технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины
Украина

      Цель статьи – обзор ранее полученных результатов работы Института технической механики Национальной академии наук Украины и Государственного космического агентства Украины по развитию метода пробных частиц (МПЧ) и презентация созданного программного обеспечения. В статье кратко изложены основные положения МПЧ. Сделан обзор работ, в которых осуществлялось тестирование алгоритма МПЧ в одномерной, двумерной и трехмерной постановках. Результаты расчетов газодинамических параметров (плотности, скорости и температуры) в окрестности преграды, распределенных по поверхности тепловых потоков, а также коэффициентов лобового сопротивления сравнивались со значениями, полученными согласно аналитическим выражениям, с результатами расчетов другими методами, с имеющимися расчетными данными других авторов и опубликованными экспериментальными данными. Апробация метода показала его работоспособность в различных режимах обтекания. Показан спектр решаемых задач и приведены функциональные возможности созданного программного обеспечения для расчета МПЧ аэродинамических характеристик космических аппаратов (КА) и газодинамических параметров в их окрестности. Приведены результаты расчетов обтекания третьей ступени ракетоносителя «Циклон-4» с аэродинамической системой увода – развернутой парусной системой торможения в виде соосных конических торов. Проведено сравнение полученных для разных углов атаки значений коэффициента лобового сопротивления и площади миделевого сечения с соответствующими оценочными значениями для неориентированного движения КА.

Метод Монте-Карло, метод пробных частиц, численное моделирование, разреженный газ, трехмерное обтекание, газодинамические параметры, аэродинамические характеристики.

1. Хэвиленд Дж. К. Решение двух задач о молекулярном течении методом Монте-Карло / Дж. К. Хэвиленд // Вычислительные методы в динамике разреженных газов. – М. : Мир, 1969. – С. 7 – 115.

2. Haviland I. K. Application of the Monte-Carlo method to heat transfer in a rarefied gas / I. K. Haviland, M. L. Lavin // Phys. Fluids. – 1962. – V. 5, № 11. – P. 1399 – 1405.

3. Григорьев Ю. Н. Численные методы механики сплошной среды / Ю. Н. Григорьев, М. С. Иванов, Н. М. Харитонова // ВЦ СО АН СССР. – 1971. – Т. 2, № 4. – С. 101 – 107.

4. Власов В. И. Консервативный вариант метода пробных молекул (Монте-Карло) / В. И. Власов // Труды VIII Всесоюзной конф. по динамике разр. газов (Численные и аналитические методы в динамике разреженных газов). – М., 1986. – С. 81 – 85.

5. Власов В. И. Расчет аэродинамических характеристик плоской пластины бесконечного размаха в гиперзвуковом потоке разреженного газа / В. И. Власов // Ученые записки ЦАГИ. – 1971. – Т. II, № 6. – С. 116 – 120.

6. Власов В. И. Расчет методом Монте-Карло потока тепла между параллельными пластинами в разреженном газе / В. И. Власов // Ученые записки ЦАГИ – 1970. – Т. 1, № 4. – С. 46 – 51.

7. Власов В. И. Расчет обтекания пластины под углом атаки потоком разреженного газа / В. И. Власов // Ученые записки ЦАГИ. – 1973. – Т. IV, № 1. – С. 17 – 24.

8. Власов В. И. Улучшение метода статистических испытаний (Монте-Карло) для расчета течений разреженных газов / В. И. Власов // Докл. АН СССР. – 1966. – Т. 167, № 5. – С. 1016 – 1018.

9. Власов В. И. Расчет течения разреженного газа около пластины под углом атаки / В. И. Власов // Ученые записки ЦАГИ. – 1975. – Т. VI, № 2. – С. 48 – 56.

10. Абрамовская М. Г. Об одном алгоритме реализации метода пробных частиц в динамике разреженного газа / М. Г. Абрамовская, В. П. Басс, Л. Л. Печерица // Модели и методы аэродинамики : третья международная школа-семинар : материалы. – М. : МЦНМО, 2003. – С. 6 – 7.

11. Басс В. П. Численное моделирование стационарного осесимметричного обтекания затупленного конуса в переходном режиме обтекания / В. П. Басс, Л. Л. Печерица // Вісник Дніпропетровського університету. Механіка. – 2005. – Вип. 9, Т. 1. – С. 57 – 66.

12. Басс В. П. Об одном алгоритме реализации метода Монте–Карло для решения задач динамики разреженного газа / В. П. Басс, Л. Л. Печерица // Техническая механика. – 2006. – № 1. – С. 67 – 79.

13. Басс В. П Гиперзвуковое обтекание теплоизолированного цилиндра разреженным газом / В. П. Басс, Л. Л. Печерица // Вісник Дніпропетровського університету . Механіка. – 2006. – Т. 1, вип. 10. – С. 50 – 60.

14. Аэрогазодинамическое сопровождение космических проектов / М. Г. Абрамовская, В. П. Басс, М. В. Петрушенко, Л. Л. Печерица // Космічні дослідження в Україні 2004 – 2006. – Київ : ІКД НАНУ-НКАУ, 2006. – С. 78 – 86.

15. Aerogasdynamic aspects of space missions / M. Abramovskaya, V. Bass, N. Petrushenko, L. Percheritsa // Space research in Ukraine 2004 – 2006. – Kiev : ISR NASU-NSAU, 2006. – P. 78 – 86.

16. Басс В. П. Численное моделирование сверхзвукового обтекания пары тел, одно из которых расположено в аэродинамическом следе другого / В. П. Басс, Л. Л. Печерица // Модели и методы аэродинами- ки : шестая международная школа-семинар : материалы докладов. – Москва : МЦНМО, 2006. – С. 10 – 11.

17. Численное моделирование процессов массопереноса в окрестности космических аппаратов / М. Г. Абрамовская, В. П. Басс, Н. В. Петрушенко, Л. Л. Печерица, Т. Г. Смелая // Модель космоса : научно-информационное издание. В 2 т. Т. 2 / Под ред. М. И. Панасюка, Л. С. Новикова. – Москва : КДУ, 2007. – С. 60 – 90.

18. Басс В. П. Верификация методов и алгоритмов решения задач аэродинамики переходной области / В. П. Басс, Л. Л. Печерица // Техническая механика. – 2007. – № 1. – С. 49 – 61.

19. Басс В. П. К расчету свободномолекулярных полей течений / В. П. Басс, Л. Л. Печерица // Техническая механика. – 2008. – № 1. – С. 73 – 82.

20. Басс В. П. Расчет двумерных течений разреженного газа при поперечном обтекании плоской пластин / В. П. Басс, Л. Л. Печерица // Техническая механика. – 2008. – № 1. – С. 83 – 92.

21. Басс В. П. Численные исследования сверхзвукового обтекания конфигурации “пластина – клин” потоком разреженного газа / В. П. Басс, Л. Л. Печерица // Техническая механика. – 2009. – № 2. – С. 62 – 69. Басс В. П.

22. Поведение силы Магнуса при поперечном стационарном обтекании вращающегося цилиндра в переходном по числу Кнудсена режиме обтекания / В. П. Басс, Л. Л. Печерица // Техническая механика. – 2009. – № 3. – С. 62 – 76.

23. Басс В. П. Сила Магнуса, действующая при стационарном обтекании вращающегося цилиндра в переходном по числу Кнудсена режиме обтекания / В. П. Басс, Л. Л. Печерица // Модели и методы аэро- динамики : девятая международная школа-семинар : материалы докладов. – Москва : МЦНМО, 2009. – С. 15 – 16.

24. Басс В. П. Численное решение трехмерных задач динамики разреженного газа / В. П. Басс, Л. Л. Печерица // Техническая механика. – 2010. – № 2. – С. 38 – 51.

25. Басс В. П. Численное моделирование трехмерного обтекания тел потоком разреженного газа / В. П. Басс, Л. Л. Печерица // Модели и методы аэродинамики : десятая международная школа- семинар : материалы докладов. – Москва : МЦНМО, 2010. – С. 17 – 18.

26. Басс В. П. Аэрогазодинамические характеристики КА «Сич-2» на этапе входа в плотные слои атмосферы земли / В. П. Басс, Л. Л. Печерица // Техническая механика. – 2010. – № 3. – С. 3 – 10.

27. Басс В. П. Численное моделирование стационарного истечения струй в разреженное пространство / В. П. Басс, Л. Л. Печерица // Модели и методы аэродинамики : одиннадцая международная школа- семинар : материалы докладов. – Москва : МЦНМО, 2011. – С. 19 – 20.

28. Басс В. П. Численное моделирование стационарного истечения струи двигателя малой тяги в вакуум / В. П. Басс, Л. Л. Печерица // Техническая механика. – 2011. – № 4. – С. 82 – 87.

29. Печерица Л. Л. Параллельный алгоритм метода пробных частиц для решения задач молекулярной газовой динамики / Л. Л. Печерица // Техническая механика. – 2013. – № 1. – С. 32 – 44.

30. Печерица Л. Л. Особенности параллельного алгоритма статистически независимых испытаний метода пробных частиц / Л. Л. Печерица // Космічні дослідження в Україні 2014 : тези доповідей. – Київ : ІКД НАНУ-НКАУ, 2014. – С. 122.

31. Печерица Л. Л. Численные исследования параллелизации метода пробных частиц по статистически независимым испытаниям / Л. Л. Печерица // Техническая механика. – 2015. – № 2. – С. 100 – 109.

32. Clausing P. Uber die Stromung sehr Verdunnter Gase durch Rohren von beliebiger Lange / P. Clausing // Ann. der Phys. – 1932. – V. 12. – P. 961 – 989.

33. Белецкий В. В. Влияние аэродинамических сил на вращательное движение искусственных спутников / В. В. Белецкий, А. М. Яншин. – Киев : Наукова думка, 1984. – 188 с.

34. Пакет прикладных программ “Высота-2”. Описание применения / Абрамовская М.Г., Басс В.П., Перминов В.Д. и др.– М.: ОФАП МАП, 1990.– 175 с.

35. Патент на изобретение 6830222 США, МПК7 B 64 G 1/62. Balloon device for lowering space object orbit / K. T. Nock, A. D. McRonald, K. M. Aaron. – 10/394477 ; заявл. 21.03.2003; опубл. 14.12.2004. – 20 с.

36. Патент на изобретение №6550720 США, МПК7 B64G1/22. Fliter Aerobraking orbit transfer vehicle / DeBra D.B., P. Gloyer, Z. Wahl, D. Goldshtein. – 09/925207; заявл. 09.08.2001; опубл. 22.04.2003. – 11 с.

37. Алпатов А. П. Аэродинамические системы увода космических объектов / А. П. Алпатов // Техническая механика. – 2015. – № 4. – С. 126 – 138.

38. Патент на изобретение 109194 Украина, B 64 G 1/62. Аэродинамическая система увода космических объектов с околоземных орбит / Алпатов А. П., Палий А. С., Скорик А. Д., Баранов Е. Ю., Осиновый Г. Г., Шевцов В. И. ; заявитель и патентообладатель Институт технической механики НАНУ и ГКАУ.– а201312759 ; заявл. 01.11.2013 ; опубл. 27.07.2015, Бюл. № 14. – 12 с.

39. ГОСТ 4401-81. Атмосфера стандартная. Параметры. – М : Издательство стандартов, 1981. – 179 с.

40. Handbook for limiting orbital debris : NASA handbook 8719.14 / chief B. O’Connor. – Washington : DC, 2008. – 174 p.

41. Басс В. П. Молекулярная газовая динамика и ее приложения в ракетно-космической технике / В. П. Басс. – Киев : Наук. думка, 2008. – 272 с

Copyright (©) 2017 В. І. Тимошенко, Ю. В. Книшенко, В. І. Щербаков

Copyright © 2014-2018 Техническая механика