Влияние боковых одиночных струй на теплозащиту носового обтекателя спускаемого аппарата с несколькими

May 08, 2024

Научные отчеты, том 13, Номер статьи: 6549 (2023) Цитировать эту статью

699 Доступов

1 Цитаты

1 Альтметрика

Подробности о метриках

Основной проблемой развития нынешних высокоскоростных автомобилей является аэродинамический нагрев. В этом исследовании широко изучается применение боковой струи для тепловой защиты высокоскоростных автомобилей. Моделирование боковой струи охлаждающей жидкости выполняется с помощью вычислительной гидродинамики в условиях высокой скорости. Поиск оптимальной конфигурации струи для снижения аэродинамического нагрева является основной целью данного исследования. Две различные струи охлаждающей жидкости (гелий и углекислый газ) исследованы как струя охлаждающей жидкости, исследование потока и механизм проникновения топлива полностью представлены. Кроме того, сравнивается тепловая нагрузка на основную часть носового обтекателя для разных конфигураций. Наши результаты показывают, что подача боковой струи вблизи кончика шипа эффективна для тепловой защиты основного тела за счет отклонения головной ударной волны. Также струя углекислого газа с меньшим коэффициентом диффузии более эффективна для защиты носовой части с многорядным диском от сильного аэродинамического нагрева.

В аэрокосмической и автомобильной промышленности аэродинамический нагрев известен как процесс нагрева вблизи твердого тела за счет изменения гиперзвукового/сверхзвукового потока в энергетический термин1,2. Хотя кажется, что преобразование импульса в тепловую энергию — простой процесс, его влияние на поток весьма сложно3,4,5. Процесс аэродинамического нагрева в основном происходит вблизи носового обтекателя высокоскоростных автомобилей. Этот процесс очень важен для этих высокоскоростных автомобилей и влияет на подгорание носового обтекателя из-за великолепного нагрева6,7,8,9. Кроме того, аэродинамический нагрев приводит к появлению помех при передаче цифрового сигнала. Эти недостатки аэродинамического нагрева побудили инженеров аэрокосмической и автомобильной промышленности управлять этим процессом10,11,12.

Существует несколько способов защиты носового обтекателя от аэродинамического нагрева. Основной проблемой управления аэродинамическим нагревом является сила сопротивления13,14,15. Фактически, уровень силы сопротивления следует поддерживать в рекомендуемых методах. Три основных метода механических, жидкостных и энергетических устройств были исследованы и изучены в предыдущих работах16,17,18,19. В этих методах используются шип, струя охлаждающей жидкости и источник энергии соответственно, чтобы избежать присоединения набегающего потока к основному корпусу. Эти методы могут эффективно снизить температуру основного потока после его поступления в основной корпус20,21,22. Однако основной проблемой этих методов является высокая сила сопротивления, и исследователи должны решить эту проблему в этой области23,24.

Среди этих методов основным традиционным методом снижения высокой тепловой нагрузки вблизи носового обтекателя является спайк25,26,27,28. Шип известен как длинный тонкий стержень, расположенный на кончике носового обтекателя и предназначенный для отклонения основного сверхзвукового потока от главного носового обтекателя29,30. Использование спайка в качестве практического метода обусловлено его простотой31,32. Кроме того, в этом методе снижается сила сопротивления, поскольку сверхзвуковой поток воздуха раздваивается иглой. Форма кончика шипа и длина шипа известны как два эффективных фактора, влияющих на эффективность этой техники. Предыдущие исследования33,34,35,36,37 показали, что эффективность охлаждения этого метода неприемлема в качестве силы сопротивления, хотя сообщается об ограниченном снижении тепловой нагрузки за счет применения шипа. Поэтому исследования были сосредоточены на новых методах, которые могли бы компенсировать этот недостаток механической техники38,39,40. Теоретические подходы41,42,43,44,45,46,47, т.е. вычислительная гидродинамика, а также экспериментальная техника позволяют исследователям улучшить свои исследования в недоступных условиях48,49,50,51,52,53,54,55. Таким образом, эти методы широко используются в инженерных приложениях55,56,57,58,59,60,61.