Оценка начала ламинарно-турбулентного перехода на пластине при полете в атмосфере Марса

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

На основе eN-метода выполнены сравнительные расчеты положения начала зоны ламинарно-турбулентного перехода для двух точек на траектории посадки космического аппарата Pathfinder на поверхность Марса. В расчетах использовалась трехкомпонентная модель термохимически неравновесной смеси CO2–CO–O. Набор частот пространственных возмущений находился по нейтральным кривым для первых неустойчивых мод временных возмущений. Число Рейнольдса перехода ReδT определялось по огибающим семейств кривых N-факторов при NT = 8. В гиперзвуковом режиме при M = 12.6 учет развитой термохимической неравновесности приводит к значительному снижению статической температуры газа в нижней части пограничного слоя. В результате начало зоны ламинарно-турбулентного перехода сдвигается вниз по потоку примерно на 9% по сравнению со случаем совершенного газа.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Ю. Н. Григорьев

Федеральный исследовательский центр информационных и вычислительных технологий

Автор, ответственный за переписку.
Email: grigor@ict.nsc.ru
Россия, Новосибирск

И. В. Ершов

Федеральный исследовательский центр информационных и вычислительных технологий; Новосибирский государственный аграрный университет

Email: ivershov1969@gmail.com
Россия, Новосибирск; Новосибирск

Список литературы

  1. Reynier Ph. Survey of aerodynamics and aerothermodynamics efforts carried out in the frame of Mars exploration projects // Prog. Aerosp. Sci. 2014. V. 70. P. 1–27.
  2. Park Ch., Howe J.T., Jaffe R.L., Candler G.V. Review of chemical-kinetic problems of future NASA missions. II: Mars entries // J. Thermophys. Heat Transf. 1994. V. 8. № 1. P. 9–23.
  3. Armenise I., Reynie Ph., Kustova E. Advanced models for vibrational and chemical kinetics applied to Mars entry aerothermodynamics // J. Thermophys. Heat Transf. 2016. V. 30. № 4. P. 705–720.
  4. Candler G.V. Computation of thermo-chemical nonequilibrium Martian atmospheric entry flows // AIAA Paper 90-1695. June 1990. P. 1–10.
  5. Milos F.S., Chen Y.-K., Congdon W.M., Thomas J.M. Mars Pathfinder entry temperature data, aerothermal, and heatshield material response // AIAA Paper 98-2681. June 1998. P. 1–16.
  6. Mack L.M. A numerical method for the prediction of high-speed boundary-layer transition using linear theory // Aerodynamic analyses requiring advanced computers. Part I. Washington: NASA, 1975. P. 101–123.
  7. Бойко А.В., Демьянко К.В., Нечепуренко Ю.М. О расчете положения ламинарно-турбулентного перехода в пограничных слоях с учетом сжимаемости. Препринт № 81. М.: ИПМ им. М.В. Келдыша РАН. 2015. 21 с.
  8. Kustova E.V., Nagnibeda E.A. On correct description of a multi-temperature dissociating CO2 flow // Chem. Phys. 2006. V. 321. P. 293–310.
  9. Лойцянский Л.Г. Механика жидкости и газа. М.-Л.: ГИТТЛ, 1950. 676 с.
  10. Краткий справочник физико-химических величин. Справочник / Под ред. К.П. Мищенко, А.А. Равделя. Л.: Химия, 1974. 200 с.
  11. Wilke C.R. A viscosity equation for gas mixtures // J. Chem. Phys. 1950. V. 18. P. 517–519.
  12. Blottner F.G., Johnson M., Ellis M. Chemically reacting viscous flow program for multicomponent gas mixtures. Research Report SC-RR-70-754. Albuquerque: Sandia Laboratories. 1971. 320 p.
  13. Grigoryev Yu.N., Ershov I.V. Stability and suppression of turbulence in relaxing molecular gas flows. Cham: Springer Intern. Publishing, 2017. 233 p.
  14. Franko K.J., MacCormack R.W., Lele S.K. Effects of chemistry modeling on hypersonic boundary layer linear stability prediction // AIAA Paper 2010–4601. June–July 2010. P. 1–13.
  15. Armenise I., Kustova E. On different contributions to the heat flux and diffusion in non-equilibrium flows // Chem. Phys. 2014. V. 428. P. 90–104.
  16. Rock S.G., Candler G.V., Hornung H.G. Analysis of thermochemical nonequilibrium models for carbon dioxide flows // AIAA Journal. 1993. V. 31. P. 2255–2262.
  17. Camac M. CO2 relaxation processes in shock waves // Fundamental phenomena in hypersonic flow. Ithaca, New York: Cornell Univ. Press, 1966. P. 195–215.
  18. Park Ch., Howe J.T., Jaffe R.L., Candler G.V. Chemical-kinetic problems of future NASA missions // AIAA Paper 91-0464, January 1991. P. 1–31.
  19. Григорьев Ю.Н., Ершов И.В. Влияние колебательного возбуждения газа на положение зоны ламинарно-турбулентного перехода на пластине // ПМТФ. 2021. Т. 62. № 1. С. 14–21.
  20. Gaster M. A note on the relation between temporally-increasing and spatially-increasing disturbances in hydrodynamic stability // J. Fluid Mech. 1962. V. 14. P. 222–224.
  21. Trefethen L.N. Spectral methods in Matlab. Philadelphia: Society for Industrial and Applied Mathematics, 2000. 160 p.
  22. Mack L.M. Boundary layer stability theory. Preprint of JPL Technical Report, Document 900–277. Rev. A. Pasadena: California Institute of Technology, 1969. 272 p.
  23. Григорьев Ю.Н., Ершов И.В. Линейная устойчивость сверхзвукового пограничного слоя релаксирующего газа на пластине // Изв. РАН. МЖГ. 2019. № 3. С. 3–15.
  24. Mack L.M. Linear stability theory and problem of supersonic boundary-layer transition // AIAA Journal. 1974. V. 13. P. 278–289.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Автомодельные профили скорости Us(ζ) (а) и плотности ρs(ζ) (а) смеси, массовых концентраций CO2 Y1s(ζ) (б) и CO Y2s(ζ) (б), статической Ts(ζ) (в) и колебательной Tvs(ζ) (в) температур для режима 1: 1 – зависимости Us(ζ); 2 – зависимости ρs(ζ); 3 – зависимости Y1s(ζ); 4 – зависимости Y2s(ζ); 5 – зависимости Ts(ζ); 6 – зависимости Tvs(ζ); A – совершенный газ (Dad= DaVT = 0); B – термически неравновесный газ (Dad = 0, DaVT = 5.32×10–3); C – термохимически неравновесный газ (Dad = 6.69×10–4, DaVT = 5.32×10–3).

Скачать (303KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Кривые нейтральной устойчивости наиболее неустойчивых первых мод временных возмущений: 1 – режим 1; 2 – режим 2; A – совершенный газ; B – термохимически неравновесный газ.

Скачать (88KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Кривые N-факторов и положение ламинарно-турбулентного перехода: (а) – режим 1, ω = 4.25×10–4 (1), 4.375×10–4 (2), 4.5×10–4 (3), 4.625×10–4 (4), 4.75×10–4 (5), 4.875×10–4 (6), 5×10–4 (7); (б) – режим 2, ω = 9.25×10–4 (8), 9.375×10–4 (9), 9.5×10–4 (10), 9.625×10–4 (11), 9.75×10–4 (12), 9.875×10–4 (13), 10–3 (14); A – кривые N(Rex) для совершенного газа; B – кривые N(Rex) для термохимически неравновесного газа; C – прямая N = 8; D1 и D1′ – точки перехода для режима 1; D2 и D2′ – точки перехода для режима 2.

Скачать (294KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024