Влияние интерференционных эффектов на аэродинамические характеристики возвращаемого аппарата и конструктивные элементы парашютной системы при их разделении

Рассмотрены аэродинамические характеристики возвращаемого аппарата сегментально-конической формы и крышки люка парашютного контейнера в процессе ее отделения. Вследствие аэродинамической интерференции при отделении крышки может произойти ее столкновение с аппаратом. Предложена методика исследования аэродинамических характеристик крышки люка парашютного контейнера и возвращаемого аппарата, базирующаяся на численном моделировании обтекания с применением технологии динамической сетки в пакете FlowVision. Проведены расчеты стационарного обтекания возвращаемого аппарата до момента отделения от него крышки люка парашютного контейнера, обтекания аппарата при движении крышки по направляющим, а затем — в свободном потоке с учетом аэродинамической интерференции. Получены траектории движения крышки (без учета гравитационных сил) для различных начальных условий отделения, а также аэродинамические характеристики аппарата. Выявлены режимы, при которых происходит столкновение крышки люка парашютного контейнера и возвращаемого аппарата.

Литература

[1] Смирнов В.Ю. Влияние воздушного судна на аэродинамические характеристики грузов на внешних подвесках. Научный вестник Московского государственного технического университета гражданской авиации, 2009, № 141, с. 113–117.

[2] Нестеров В.А., Полянский В.В., Семенов И.М. Определение условий безопасного отделения груза из отсека самолета-носителя. Известия Тульского государственного университета. Технические науки, 2012, № 1, с. 42–46.

[3] Курчанов М.В. Интерференция при разделении ступеней летательного аппарата бикалиберной схемы. Фундаментальные и прикладные исследования в современном мире, 2014, т. 1, № 8, с. 109–116.

[4] Lei Y., Zheng-Yin Y. The interference aerodynamics caused by the wing elasticity during store separation. Acta Astronautica, 2016, vol. 121, pp. 116–129, doi: 10.1016/j.actaastro.2015.12.039

[5] Chaplin R.A., MacManus D.G., Birch T.J. Aerodynamic interference between high-speed slender bodies. Shock Waves, 2010, vol. 20, № 2, pp. 89–101, doi: 10.1007/s00193-009-0241-7

[6] Wang J., Wang H., Jiang K., Jiang S. Analysis of the aerodynamic impact of the dispenser stance for the separation of cluster munitions. Engineering Applications of Computational Fluid Mechanics, 2016, vol. 10, № 1, pp. 427–440, doi: 10.1080/19942060.2016.1184716

[7] Аксенов А.А., Дядькин А.А., Москалев И.В., Петров Н.К., Симакова Т.В. Компьютерное моделирование течения и относительного движения возвращаемого аппарата и крышки люка парашютного контейнера в процессе их разделения на участке спуска. Космическая техника и технологии, 2015, № 2, c. 39–50.

[8] Ko S.H., Kim C. Separation motion of strap-on boosters with base flow and turbulence effects. Journal of Spacecraft and Rockets, 2008, vol. 45, № 3, pp. 485–494, doi: 10.2514/1.33706

[9] Choi S., Kim C., Rho O.-H., Park J.J. Numerical analysis on separation dynamics of strap-on boosters in the atmosphere. Journal of Spacecraft and Rockets, 2002, vol. 39, № 3, pp. 439–446, doi: 10.2514/2.3827

[10] Uematsu T., Ishida T., Aso S., Tani Y. Reduction of Aerodynamic Interference for Separation of Two-Stage Reuseable Launch Vehicles. 47th AIAA Aerospace Sciences Meeting including The New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2009, pp. 1101, doi: 10.2514/6.2009-1101

[11] Pamadi B.N., Neirynck T.A., Hotchko N.J., Tartabini P.V., Scallion W.I., Murphy K.J., Covell P.F. Simulation and analyses of stage separation of two-stage reusable launch vehicles. Journal of Spacecraft and Rockets, 2007, vol. 44, no. 1, pp. 66–80, doi:10.2514/6.2005-3247

[12] Murphy K., Buning P.G., Pamadi B.N., Scallion W.I., Jones K.M. Overview of transonic to hypersonic stage separation tool development for multi-stage-to-orbit concepts. 24th AIAA Aerodynamic Measurement Technology and Ground Testing Conference, 2004, p. 2595, doi:10.2514/6.2004-2595

[13] Schmidt E.M., Shear D. Aerodynamic interference during sabot discard. Journal of Spacecraft and Rockets, 1978, vol. 15, no. 3, pp. 162–167, doi: https://doi.org/10.2514/3.57301

[14] Heim E.R. CFD wing/pylon/finned store mutual interference wind tunnel experiment. Arnold engineering development center Arnold AFS TN, 1991, no. AEDC-TSR-91-P4. URL: https://archive.org/details/DTIC_ADB152669/page/n1/mode/2up (дата обращения 15 июля 2020).

[15] Дядькин А.А., Крылов А.Н., Луценко А.Ю., Михайлова М.К., Назарова Д.К. Особенности аэродинамики тонкостенных конструкций. Космическая техника и технологии, 2016, № 3, c. 15–25.

[16] Луценко А.Ю., Назарова Д.К., Фомин М.А. Аэродинамические характеристики тонких конических оболочек при сверхзвуковых скоростях набегающего потока. Инженерный журнал. Наука и инновации, 2017, № 4. URL: http://www.engjournal.ru/catalog/arse/ahtp/1610.html, doi: 10.18698/2308-6033-2017-4-1610

[17] Луценко А.Ю., Назарова Д.К., Слободянюк Д.М. Расчет аэродинамических характеристик и параметров обтекания створки головного обтекателя ракеты-носителя в пакете ANSYS CFX. Инженерный журнал. Наука и инновации, 2018, № 5. URL: http://www.engjournal.ru/articles/1766/1766.pdf, doi: 10.18698/2308-6033-2018-5-1766

[18] Kalugin V.T., Lutsenko A.Y., Nazarova D.K. Aerodynamic Characteristics of Thin Cylindrical and Conical Shells in the Incompressible Flow. Russian Aeronautics, 2018, vol. 61, no. 3, pp. 404–411, doi: https://doi.org/10.3103/S1068799818030133

[19] Lutsenko A.Y., Nazarova D.K., Slobodyanyuk D.M. Research the opportunities of passive aerodynamic stabilization of the launch vehicle fairing shells. AIP Conference Proceedings, AIP Publishing LLC, 2019, vol. 2171, no. 1, p. 130012, doi: 10.1063/1.5133279

[20] Rong W., Gao S.Y., Li J., Lin B., Lei J.L., Wang H.T., Jia H. The deceleration strategy and reliability validation of the parachute system on the Shenzhou spacecraft. SCIENTIA SINICA Technologica, 2014, vol. 44, no. 3, pp. 251–260, doi: 10.1360/092014-16

[21] Hall R., Shayler D. Soyuz: a universal spacecraft. Springer, Science & Business Media, 2003.

[22] SpaceX's Dragon: America's Next Generation Spacecraft. Springer, 2015. 188 p.

[23] McKinney J., Ferguson P., Weber M.L., Taylor A., Diaz A.R., Depauw T. Boeing CST-100 Landing and Recovery System Design and Development Testing. AIAA Aerodynamic Decelerator Systems (ADS) Conference, 2013, 1262 p., doi:10.2514/6.2013-1262

[24] Catchpole J. Project Mercury: NASA's First Manned Space Programme. Springer Science & Business Media, 2001. 486 p.

[25] Montes D., West T., Yechout T. Investigation of Orion Crew Exploration Vehicle Forward Bay Cover Separation Characteristics. 49th AIAA Aerospace Sciences Meeting including the New Horizons Forum and Aerospace Exposition, 2011, 1308 p., doi: 10.2514/6.2011-1308