Газодинамические и радиофизические параметры оболочки, образующейся вокруг возвращающегося в атмосферу Земли космического аппарата

Картина обтекания тел при их движении в плотных слоях атмосферы является весьма сложной и зависит от многих причин. Достаточно хорошо изучена картина обтекания притупленных конических и цилиндрических тел.

Изменение плотности теплового потока во времени

Рисунок 1.1- Изменение плотности теплового потока во времени

Общая картина обтекания возвращающегося в атмосферу притупленного конического тела

Рисунок 1.2- Общая картина обтекания возвращающегося в атмосферу притупленного конического тела

Примерное распределение термодинамических параметров воздуха вдоль боковой поверхности цилиндрического тела

Рисунок 1.3- Примерное распределение термодинамических параметров воздуха вдоль боковой поверхности цилиндрического тела

Общий вид обтекания возвращающегося в атмосферу притупленного конического тела приведен на рисунке 1.2.

В картине обтекания различают следующие характерные области прямой скачок уплотнения, косой скачок уплотнения, область сверхзвуковых течений, пограничный слой, донная область турбулентных потоков.

Прямой скачок уплотнения располагается перед фронтальной частью тела. Характеризуется самыми высокими значениями давления, плотности и температуры воздуха за ним. Вблизи критической точки имеют место дозвуковые скорости течения. Согласно расчетам, прямой скачок отходит от тела на несколько сантиметров. Это расстояние определяется плотностью и скоростью набегающего потока, а также формой тела. Для тел, у которых носовая часть притуплена по сфере радиуса R, расстояние отхода определяется приближенной зависимостью[12].

Косой скачок уплотнения является продолжением и развитием прямого скачка. Давление, плотность и температура воздуха за косым скачком ниже, чем за прямым, и зависит от угла наклона скачка.

Пограничный слой за областью косого скачка примыкает непосредственно к боковой поверхности и представляет собой слой заторможенного газа вблизи поверхности тела. Толщина слоя -- несколько миллиметров. Давление, плотность и температура воздуха в слое гораздо ниже, чем за прямым скачком.

Область сверхзвуковых течений расположена между областью косого скачка и пограничным слоем. Толщина области меняется по длине тела и минимальна вблизи прямого скачка; чем дальше от прямого скачка, тем ниже давление, плотность и температура воздуха в этой области. Температура воздуха растет по направлению от косого скачка к пограничному слою. Во всей области скорость течений больше скорости звука. Примерное распределение термодинамических параметров воздуха вдоль боковой поверхности цилиндрического тела на высоте Н=18,2 км при скорости Vх = 5,3 км/с приведено на рисунке 1.3.

Донная область характеризуется наличием нескольких скачков уплотнения. Давление, плотность и температура воздуха в данной области ниже, чем в других областях.

Обобщение приведенных данных позволяет сделать следующие выводы:

-- антенные окна летательных аппаратов (ЛА) эксплуатируются при весьма высоких температурах, зачастую превышающих несколько тысяч градусов;

-- предсказывается существенный рост эксплуатационных температур антенных окон;

-- характер распределения температур внутри радиопрозрачных конструкций оказывается очень сложным;

-- условия эксплуатации антенных окон при наличии уноса массы покрытия с поверхности антенной вставки целесообразно характеризовать не величиной поверхностной температуры, а плотностью теплового потока, воздействующего на антенное окно;

-- эксплуатация антенных окон происходит не только при интенсивном нагреве, но и при воздействии плазменного образования, параметры которого зачастую точно не известны;

-- при воздействии интенсивных тепловых потоков на поверхности теплозащиты образуется пленка расплава с радиофизическими свойствами, значительно отличающимися от свойств твердого диэлектрика.

В настоящее время существуют значительные расхождения между полетными и расчетными значениями радиотехнических характеристик антенных окон и вследствие этого резком снижении эффективности бортовых радиосистем. Таким образом, существует необходимость повышение эффективности аэрокосмической техники.

Повышение эффективности бортовых радиосистем возможно только за счет уменьшения расхождения между расчетными и полетными значениями радиотехнических характеристик антенных окон. Это в свою очередь возможно лишь на основе совершенствования антенных окон, разработки новых материалов для теплозащиты бортовых антенн и их научно обоснованного выбора, совершенствования методов диагностики плазмы. Для ответа на вопросы о том, какая из новых конструкций или какие из новых материалов позволяют свести к минимуму влияние аэродинамического нагрева на полетные радиотехнические характеристики антенных окон, какое влияние оказывает плазменная оболочка, имеется единственная возможность - исследование полетных характеристик названных изделий. Следовательно, исследование полетных характеристик антенных окон является базой для разработки инженерных методов конструирования антенных окон с улучшенными полетными характеристиками, повышающие эффективность бортовых радиотехнических систем.

 
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ   Скачать   След >