Calculation of Rocket Nose Fairing Shells Aerodynamic Characteristics

Abstract

1 Московский государственный технический университет имени Н.Э. Баумана (национальный исследовательский университет), г. Москва, РоссияПриведены аэродинамические характеристики отделяемых элементов конструкций транспортных систем, позволяющие рассчитать траектории движения этих элементов после отделения и надежно определить размеры районов падения. Особое внимание уделено створкам головных обтекателей, которые представляют собой тонкие изогнутые оболочки, содержащие цилиндрическую, коническую и сферическую части, обладают высоким аэроди-намическим качеством и имеют максимальные размеры районов падения. Аэродинамика тел подобных конфигу-раций мало изучена. В работе представлены результаты математического моделирования обтекания типовой створки в свободно распространяемом пакете программ с открытым исходным кодом OpenFOAM. Получены аэро-динамические характеристики модели при транс-и сверхзвуковых скоростях, проанализирована трансформация структур обтекания створки при изменении угла атаки и числа Маха. Показана возможность применения пакета OpenFOAM для расчета аэродинамических характеристик и параметров обтекания тонких оболочек. Анализ полу-ченных результатов показал, что при сверхзвуковых скоростях набегающего потока наблюдается образование скачков уплотнения сложной конфигурации, взаимодействующих друг с другом, при дозвуковых скоростях наблюдается образование обширных областей пространственного отрыва потока. Выделены интервалы углов ата-ки, при которых реализуются различные типы структур течений как для транс-, так и для сверхзвуковых скоростей набегающего потока. Изменение структуры обтекания отражается на аэродинамических характеристиках, аэроди-намические коэффициенты створки значительно изменяются с ростом угла атаки, при всех рассмотренных скоро-стях набегающего потока имеются два балансировочных угла атаки. Полученные результаты могут быть использо-ваны для разработки пассивной системы стабилизации створки, которая обеспечит балансировку тела на углах атаки с минимальным аэродинамическим качеством и уменьшит случайные отклонения при движении относи-тельно центра масс.Ключевые слова: аэродинамические характеристики, тонкие оболочки, створка головного обтекателя, ра-кета-носитель, математическое моделирование, OpenFOAM, сверхзвуковой поток. ВВЕДЕНИЕВ процессе полета ракет-носителей (РН) происходит сброс отработавших частей, отде-ляются и сбрасываются блоки ступеней, переходные отсеки, створки обтекателей и т. п. Уменьшение районов падения отделяемых элементов на сегодняшний день представляет акту-альную задачу в связи с интенсивным освоением территорий. По статистике пусков ракет раз-ного класса, размеры районов падения створок обтекателей максимальны по сравнению с райо-нами падения других отделяемых элементов [1]. Для определения траекторий движения ство-рок обтекателей необходимо знать их аэродинамические характеристики (АДХ).Створки головных обтекателей (ГО) и обтекателей разгонных блоков представляют собой тонкие оболочки, содержащие цилиндрические, конические и сферические элементы (рис. 1). Анализ...