Еремин И.В.   Глазунов А.А.   Кувшинов Н.Е.   Кагенов А.М.  

Математическое моделирование взаимодействия сверхзвуковых струй с обтекаемыми поверхностями в вакууме

Докладчик: Еремин И.В.

Космический аппарат (КА) приближается к поверхности Луны с использованием импульсных силовых установок, сопла которых направлены к ее поверхности. В связи с тем, что у поверхности Луны отсутствует атмосфера, истекающие из сопел струи продуктов сгорания расширяются от сплошного потока на срезе сопла, до практически вакуумных условий на удалении от КА. При этом в зависимости от расстояния от среза сопла до поверхности Луны газодинамическая картина обтекания КА и лунной поверхности трансформируется. В процессе посадки течение от сопла до поверхности Луны существенно сжимается, возникает отошедшая ударная волна, поток сопровождается сверхзвуковым течением в пограничном слое вдоль поверхности Луны. Этот тангенциальный поток взаимодействует с поверхностным слоем грунта и приводит к его вязкой эрозии. В результате образуется пылевое облако, которое может отрицательно влиять на работу ряда технических устройств КА. Это проявляется в визуальном затемнении, не совсем точным данным, поступающим на борт КА от поверхности Луны, запылении и т. д. В связи с этим при проектировании КА и отработки режимов его посадки необходимо учитывать движение частиц лунной пыли и их влияние на функционирование элементов КА.
В работе представлены разработанные математические модели и алгоритмы расчета, позволяющие рассчитывать распределение газодинамических параметров (давление, плотность, температура, скорость) в поле течения истекающих в вакуум сверхзвуковых струй двигателей космических аппаратов, и результаты расчетов по взаимодействию струй с обтекаемыми поверхностями космических аппаратов и лунной поверхностью.