УДК 533.6:51.001.57
ЧИСЛЕННОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ АЭРОУПРУГОЙ ДИНАМИКИ
ВОЗДУШНОГО СТАРТА ПРИ НАЛИЧИИ СЛУЧАЙНОГО РАЗБРОСА
ПАРАМЕТРОВ АЭРОДИНАМИЧЕСКОГО НАГРУЖЕНИЯ
О.Н. Тушев
,
Г.А. Щеглов
МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Российская Федерация
e-mail:
georg@energomen.ruРассмотрена проблема безопасного десантирования ракеты космического на-
значения из фюзеляжа транспортного самолета в пространственный поток
несжимаемой среды при воздушном старте. Исследовано влияние стохасти-
ческих характеристик спутного следа за самолетом-носителем на динамику
процесса десантирования. Решена сопряженная задача аэроупругости, неста-
ционарные аэродинамические нагрузки определены методом вихревых элемен-
тов. Методом стохастического анализа при умеренной загрузке ресурсов ма-
шины получены границы областей разброса кинематических параметров дви-
жения ракеты: линейных и угловых перемещений. Вероятность попадания в
эти границы соответствует практически достоверному событию. Результа-
ты численного моделирования показали, что случайный разброс начального
состояния спутного следа дает существенную ширину границ области раз-
броса кинематических параметров движения ракеты не только в плоскости
тангажа, но и в плоскости рыскания.
Ключевые слова
:
воздушный старт, аэроупругость, метод вихревых элементов,
динамика конструкций, стохастический анализ.
NUMERICAL SIMULATION OF AIR LAUNCH AEROELASTICITY
WITH RANDOM VARIATION OF AERODYNAMIC LOADING
PARAMETERS
O.N. Tushev
,
G.A. Shcheglov
Bauman Moscow State Technical University, Moscow, Russian Federation
e-mail:
georg@energomen.ruThe problem of safe air launch vehicle descent from heavy airlifter cargo bay is
considered. The influence of aircraft fuselage vortex wake on the descend dynamics
is studied. Three-dimensional incompressible flow is considered. The coupled fluid
- structure interaction problem is solved. Vortex element method with new vortex
element — vortex cell for unsteady flow dynamic simulation is used. The elastic-mass
model of the vehicle and launcher is taken into account. Aim of this work is to study
influence of wake stochastic characteristics on the unsteady aerodynamic loads and
on kinematic parameters of launch vehicle motion. Stochastic analysis method is used
to define the boundaries of kinematic parameters’ variation region. The probability of
hitting a random event into the region with boundaries is found to be almost equal to
the probability of a certain event. An original algorithm with moderate computational
cost is presented for determining the boundaries of the parameter variation region.
Numerical simulation results are obtained for variation regions of linear and angular
displacements boundary of heavy launch vehicle prototype. It is shown that random
variation of the wakes initial state gives a significant variation region for kinematic
parameters of the vehicle, not only in the pitch plane, but also in the yaw plane so
that the worst-case combination of parameters can lead to emergency.
Keywords
:
air launch, aeroelasticity, vortex element method, structural dynamics,
stochastic analysis.
22 ISSN 0236-3941. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана. Сер. “Машиностроение”. 2015. № 1