3 / 16
Структура течения и гидродинамические воздействия на возвращаемый аппарат…
Инженерный журнал: наука и инновации
# 7·2017 3
Одним из основных способов ведения проектных исследований
в ПАО «РКК «Энергия» является компьютерное моделирование аэро-
газодинамических процессов в специализированных программных
комплексах (ПК) с предварительной их верификацией и валида-
цией [4]. Необходимые характеристики ВА можно определить с по-
мощью компьютерного моделирования процесса посадки в ПК
FlowVision, обладающем рядом преимуществ в решении задачи по-
садки на воду [5]. Перед использованием ПК FlowVision была также
осуществлена его валидация путем сравнения расчетных характери-
стик с экспериментальными данными по посадке возвращаемого мо-
дуля корабля Apollo и модели ВА ПТК, показавшая удовлетвори-
тельное их согласование [6].
В данной статье приведены результаты моделирования процесса
посадки ВА на спокойную (без волнения) водную поверхность
с
в
8
V
м/с при вариации угла входа в воду
и горизонтальной
скорости
г
.
V
Представлены величины воздействий на экран агрегат-
ного отсека (АО) ВА (см. рис. 1), его динамические характеристики,
а также кинограмма движения ВА в воде.
Постановка задачи.
Процесс создания модели в ПК FlowVision
включает в себя создание расчетной области (РО), задание начальных
и граничных условий, параметров расчетной сетки и солвера [7].
Для моделирования двухфазных течений в программном ком-
плексе FlowVision реализован модифицированный метод объема
жидкости (от англ. volume of fluid, VOF), а для моделирования дви-
жения ВА в среде — метод «подвижное тело» [7].
Геометрия расчетной области представляет собой параллелепи-
пед размерами 25×20×20 м (рис. 2). Высота области выбрана таким
образом, чтобы исключить возмущения, распространяющиеся в вод-
ной фазе от нижней границы РО.
В ПК FlowVision использованы два вида систем координат [7]:
глобальная (ГСК)
FV FV FV
OX Y Z
с центром на границе водораздела,
принадлежащая РО, и локальная (ЛСК)
,
OXYZ
связанная с ВА.
Центр масс ВА смещен относительно оси симметрии аппарата в сто-
рону парашютного контейнера, его положение задано в ЛСК. Кине-
матические характеристики: положение центра масс
цм
(
,
X
цм
,
Y
цм
)
Z
и скорость аппарата определены относительно ГСК, аэродинамиче-
ские силы и моменты, действующие на ВА, — в ЛСК.
В начале расчета РО заполняют две фазы: верхние 2/5 области —
воздухом, оставшуюся часть — водой. Возвращаемый аппарат рас-
положен на небольшой высоте над поверхностью водораздела. С по-
мощью модификатора «Подвижное тело» задают массово-инерцион-
ные характеристики аппарата, а также начальную вертикальную