Оптимизация параметров аэрокосмической системы с помощью CFD-моделирования

Инженерный журнал: наука и инновации

# 9·2017 1

УДК 629.735 DOI 10.18698/2308-6033-2017-9-1668

Оптимизация параметров аэрокосмической системы

с помощью CFD-моделирования

Центральный аэрогидродинамический институт имени Н.Е. Жуковского,

г. Жуковский, Московская область, 140180, Россия

Аэрокосмическая система основана на ракетном способе выведения на низкую

орбиту, является трехступенчатой и состоит из дозвукового самолета-носителя,

гиперзвукового самолета-разгонщика и воздушно-космического самолета. Для улуч-

шения аэродинамического совершенства и летных характеристик аэрокосмической

системы оптимизированы проектные параметры гиперзвукового самолета-разгон-

щика для трех видов горючего (водород, метан и керосин). Проведен расчет обте-

кания аэрокосмической системы в сборе и ее ступеней. Движение потока смодели-

ровано решением уравнений Навье — Стокса с применением турбулентной модели

Menter SST k—ω. Для валидации численных методов было проведено сравнение с

имеющимися данными.

Ключевые слова:

альтернативное топливо, аэрокосмическая система, конфигу-

рация облика

Введение.

В России и за рубежом проводятся исследования много-

разовых ракетно-космических систем. В 1980-х гг. в СССР был раз-

работан и построен многоразовый орбитальный самолет «Буран» [1].

В период 1993–2003 гг. по заказу Федерального космического

агентства в ЦНИИМаш и ЦАГИ им. Н.Е. Жуковского (далее —

ЦАГИ) были проведены комплексные исследования перспектив со-

здания многоразовых космических транспортных систем — НИР

«Орел» [2]. Кроме того, в Германском центре авиации и космонавти-

ки (Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt e.V. — DLR) разраба-

тывается концепция суборбитального гиперзвукового гражданского

самолета (космоплана) SpaceLiner [3], представляющего собой двух-

ступенчатую ракетную систему вертикального старта взлетной мас-

сой 1855 т для межконтинентальных перелетов.

В последние годы в ЦАГИ проводится исследование аэрокосми-

ческой системы с низкой стоимостью транспортировки грузов на ор-

биту и минимальным экологическим влиянием [4] (рис. 1), которая

может использоваться для межконтинентальных перелетов (на рас-

стояние 15…18 тыс. км). Например, ежедневный рейс Москва—

Сидней сможет обеспечить перевозку от 3 до 5 пассажиров в каждом

направлении.

Цель работы — определение основных проектных параметров

аэрокосмической системы нового поколения и оценка влияния раз-