Вплив пропорцій орбітальних об’єктів простої форми на їхні аеродинамічні характеристики - ПЕЧЕРИЦЯ, Л. Л.; СМІЛА, Т. Г. (Космічна наука і технологія, 2024)
При розробці сучасних і перспективних зразків ракетно-космічної техніки зростає актуальність моделювання обтікання апаратів різної геометричної форми у перехідному режимі, що відповідає польоту в області верхніх шарів атмосфери і ближнього космосу. Розв’язання рівняння Больцмана, яке найбільш адекватно описує цей процес у рамках кінетичної теорії, все ще залишається складним завданням. Для розв’язання цього рівняння достатньо успішно застосовуються статистичні методи Монте-Карло. Прикладом такого методу може слугувати метод прямого статистичного моделювання, або менш поширений, але такий, що теж добре зарекомендував себе в розрідженій газовій динаміці, метод пробних частинок (МПЧ). Метою роботи є дослідження впливу геометричних пропорцій орбітальних об’єктів простої форми при некерованому спуску аж до щільних шарів атмосфери на їхні коефіцієнти лобового опору. Такими об’єктами можуть бути елементи космічного сміття або космічні апарати відповідних форм і пропорцій. Дослідження ґрунтувалися на результатах, отриманих за допомогою чисельного моделювання МПЧ на рівномірних прямокутних сітках. Форма орбітальних об’єктів задавалася у вигляді кругового конуса, циліндра, прямокутного паралелепіпеда різних подовжень і сфери. Розрахунки провадилися в широкому діапазоні кутів атаки. Характерні розміри розглянутого класу тіл змінювалися у межах від 2 до 12 м. Згідно з даними стандартної атмосфери для таких характерних розмірів перехідний режим обтікання реалізується на висотах від 90 до 180 км. Встановлено, що розрахункові значення коефіцієнтів лобового опору у перехідному режимі задовільно узгоджуються з експериментальними даними і розрахунками по теорії локальної взаємодії, а на висоті 300 км відповідають контрольним вільномолекулярним значенням, отриманим за аналітичними формулами. Досліджено залежність коефіцієнтів лобового опору тіл розглянутих форм від кута атаки і висоти польоту. Показано вплив вибору характерної площі на діапазон значень результатів розрахунку. Обчислення коефіцієнтів лобового опору розглянутого класу тіл при вході в щільні шари атмосфери за допомогою МПЧ проведено вперше. Задовільна відповідність отриманих результатів наявним експериментальним і розрахунковим даним підтверджують ефективність застосованого методу у перехідному режимі. Це дозволяє використовувати його у практичних розрахунках параметрів впливу зовнішнього середовища на космічні апарати в найбільш складних для дослідження інтервалах висот, що відповідають перехідному режиму обтікання.