ИСТИНА

Приведены расчетные оценки распределения тепловых потоков к поверхности корпуса десантного модуля (ДМ) космического аппарата проекта «Экзомарс» при движении по траектории спуска в атмосфере Марса под нулевым углом атаки. Результаты получены на основе известных теоретических методик, а также специально выполненного суперкомпьютерного CFD-моделирования. Корпус ДМ представляет собой осесимметричное тело, лобовая часть которого имеет форму конуса с углом раствора 140 градусов, затупленного в носовой части по сферической поверхности радиусом 950 и скругленного в сечении миделя по торовой поверхности радиусом 95 мм. Кормовая часть корпуса ДМ, выполненная в форме двух последовательно установленных конических поверхностей с углом раствора 60 и 100 градусов, оканчивается плоским дном. Диаметр корпуса ДМ в сечении миделя составляет 3800, высота - 1997 мм. На основе известных зависимостей, учитывающих реальные свойства марсианской атмосферы, определена точка траектории, в которой достигается максимальный тепловой поток к лобовой части поверхности корпуса ДМ. Проведено сравнение величины теплового потока в точке торможения с результатами численного моделирования, выполненными для некаталитической и идеально-каталитической поверхности с учетом неравновесных химических реакций. Для точки траектории, отвечающей максимальным тепловым потокам, проведены оценки распределения относительного теплового потока по наветренной стороне поверхности корпуса ДМ. Численное моделирование обтекания поверхности корпуса ДМ осуществлялось на основе решения стационарных уравнений Навье-Стокса, дополненных уравнением переноса тепла, с помощью метода контрольного объема. Использовалась модель совершенного газа. В качестве граничных условий использовались: условия прилипания на поверхности обтекаемого тела и заданная температура поверхности (1500 на наветренной и 500К на подветренной стороне поверхности). Окружающей средой являлся углекислый газ. В расчетах использовалась неструктурированная сетка с ячейками многогранного типа, которые сгущались к поверхности тела. Общее количество элементов составило 2.5 млн. Расчеты проведены для параметров окружающей среды, соответствующих точке траектории с максимальными тепловыми потоками к лобовой части поверхности: высота - 34 км, скорость – 5100 м/с. Вычисления показали, что распределение теплового потока по поверхности корпуса ДМ немонотонное. Локальный максимум теплового потока на наветренной стороне наблюдается в области сопряжения лобовой конической поверхности с торовым закруглением. В этой области у поверхности корпуса ДМ наблюдается переход от дозвуковой скорости к сверхзвуковой скорости течения. Локальное повышение теплового потока на подветренной стороне корпуса ДМ у оси симметрии связано с наличием возвратного течения в донной области. Работа выполнена в рамках сотрудничества МГУ им. М.В. Ломоносова и НПО им. С.А. Лавочкина.