Ударные волны при входе тел в атмосферу

До недавнего времени явления переноса в излучающих p(i-дах интересовали главным образом астрофизиков в связи с исследованием процессов, происходящих в звездах. Однако в последние годы теория лучистого переноса энергии приобрела большое значение в новых областях науки и техники, в частности при разработке методов тепловой защиты поверхности гиперзвуковых летательных аппаратов. Как известно, температура газа за ударной волной при входе космических объектов в атмосферы планет может достигать 10 000 К и выше. В этом случае вклад лучистого теплового потока в общий поток теплоты в газе оказывается значительным. [c.141]

Хвостовой закрылок. Назначение хвостового закрылка состоит в том, чтобы продолжить днище фюзеляжа в хвостовой части орбитального корабля при входе в плотные слои атмосферы, с целью помешать сверхзвуковому потоку и ударным волнам разрушить сопла основных двигателей. Длина закрылка 6,7 м, ширина 2,4 м он напоминает в сечении воздушное крыло. У передней кромки его толщина составляет примерно 300 мм и постепенно уменьшается к задней кромке. Рассмотренные варианты основывались на использовании тонких (25—75 мкм) слоев волокон PRD-49 и графита в эпоксидной матрице. Меньше внимания было уделено полиимидной матрице. Конструктивные варианты основаны на сочетании слоистых п ребристых структур. Показано, [c.122]

В 5-4, уже обсуждалась одна практическая задача, требовавшая знания теплообмена при отсутствии массопереноса. Это был случай гетерогенной реакции на каталитической поверхности.Кроме очевидной важности такой задачи для химического производства, можно указать также на ее значение, для аэронавтики. К примеру, при входе спутника в атмосферу между ударной волной и носовой частью спутника образуется слой сильно диссоциированного газа, где молекулы кислорода и азота распались на отдельные атомы. Внешняя поверхность спутника может служить катализатором, воздействующим на процесс рекомбинации таких атомов результирующая теплота рекомбинации будет влиять на перенос тепла внутрь охлаждаемой стенки. На стенке сопла ракетного двигателя также возникают каталитические эффекты, которые необходимо учитывать при конструировании охлаждающей системы. [c.214]

Равновесная температура за ударной волной при скоростях входа, до 11 км сек достигает порядка 10 000—15 000° К, а давление торможения может меняться от величин порядка миллионных долей до сотен атмосфер. В этих условиях, как уже указывалось в предыдущих параграфах обзора,, приходится иметь дело с явлениями возбуждения колебательных степеней свободы (М i= 5—7), диссоциацией (М 7 —25), ионизацией (М 12) и излучением в газе. Процессы возбуждения внутренних степеней свободы,, как правило, не вносят существенного вклада в коэффициенты давления, сопротивления и теплопередачи (менее 5—10%). Процессы диссоциации и ионизации за счет повышенной подвижности атомов к поверхности тела (в полтора раза выше, чем молекулы воздуха) и электронов (примерно в два с половиной раза выше, с учетом эффекта амбиполярной диффузии, чем молекулы воздуха) заметно увеличивают (до 20% при диссоциации и до 30—40% при ионизации) конвективный поток тепла. [c.552]

Ударные волны при входе тел в атмосферу. Рассмотрим конус с углом раствора 20°, летящий при М = 22, т. е. М = 22, на высоте 30 км. Это может быть, например, носовой конус аппарата, входящего в атмосферу Земли. В этих условиях фронт скачка (при входе) перед конусом будет иметь большой наклон и будет поэтому относительно слабым, т. е. у при прохождении через фронт скачка сильно не изменится. Поэтому для расчета параметров скачка можно использовать уравнения, полученные в этой главе. [c.50]

При входе в плотные слои атмосферы перед носовой частью СА возникает ударная волна, нагревающая газ до высокой температуры. По мере погружения в атмосферу СА тормозится, скорость его уменьшается, а раскаленный газ все больше нагревает СА. Кинетическая энергия аппарата превращается в тепло. При этом большая часть энергии отводится в окружающее пространство двумя путями большая часть тепла отводится в окружающую атмосферу из-за действия сильных ударных волн и за счет теплоизлучения с нагретой поверхности СА. [c.119]

В качестве математической модели задач аэрогидродинамики и проблем входа в атмосферу широко используется модель вязкого теплопроводного сжимаемого неоднородного газа — уравнения Навье— Стокса. Эти уравнения применимы в широком диапазоне чисел Маха и Рейнольдса, характеризуюш,их влияние скорости течения, сил трения, теплопередачи и др. Уравнения Навье—Стокса в целом правильно отражают обш,ие физические свойства течения наличие зон с резким изменением градиентов величин (пограничный слой, ударная волна и др.), явление отрыва потока, переход течения из ламинарного режима в турбулентный. [c.3]

При входе ракетного аппарата в плотные слои атмосферы с большой скоростью воздух за ударной волной может иметь высокую температуру. В этих условиях даже при очень небольших значениях степени черноты диссоциированного н ионизированного воздуха в окрестности передней критической точки возникают значительные потоки энергии излучения от раскаленного воздуха к поверхности ракеты, возрастающие с увеличением скорости и уменьшением высоты полета. Расчеты, основанные па экспериментальных данных для отдельных газов, показывают, что при Т = = 12 000° К и нормальной плотности воздуха степень черноты газового слоя, толш,ина которого равна расстоянию от поверхности ракеты до ударной волны, составляет - 0,1. При Т = 8000° К и [c.437]

Развитие аэротермохимии стимулировали проблемы, воз никающие в современной технике, в частности проблема тепловой защиты аппаратов, работающих при весьма высо ких температурах. Действительно, при входе летательных аппаратов в атмосферу температура за ударной волной на внешней границе пограничного слоя достигает 10 000 К н более. В этом случае эффективная тепловая защита может быть осуществлена только при условии частичного разрушения материала поверхности. Процесс абляции вещества теплозащитного покрытия оказывается весьма сложным. Этот процесс может быть связан с оплавлением и с испарением жидкой пленки, сублимацией, поверхностным горением, механической и тепловой эрозией обтекаемой поверхности. Строгая математическая постановка упомянутых задач приводит к необходимости решать нелинейные уравнения гиперзвукового пограничного слоя или вязкого ударного слоя с краевыми условиями на подвижных поверхностях, которых, вообще говоря, может быть несколько. [c.3]

Ракета с зат>отле ным носком входит в земную атмосферу. Скорость ракеты на высоте 60000 м, ра вна 6000 м1сек. Радиус кривизны носка 1,8 м. Вычислите плотность теплового потока в критической точке, пренебрегая излучением высокотемпературных диссоциированных газов за ударной волной. Вычислите также равновесную температуру поверхности, в критической точке. Считайте, что поверхность теплоизолираваяа и излучает в 01кружак>щую среду, как черное тело. Определите. скорость абляции мм мия) графитового защитного экрана носка ракеты. [c.407]

На высоте Я = 10 км давление (по международной стандартной атмосфере) равно примерно 0,26 ата, в камере горения при М1 = 2 (это на высоте 10 км соответствует скорости самолета, равной 600 м/с или 2160 км/час) при изэнтропичности торможения давление р = 2 ата. Такое повышение давления весьма благоприятно отразилось бы на работе двигателя. Однако из-за наличия головной ударной волны, участок которой вблизи входа в двигатель можно рассматривать как прямой скачок, такое изэнтропическое движение не осуществляется. За счет потерь механической энергии, согласно рис. 39, давление в камере будет равно [c.137]

Вопрос о поглощении и излучении света нагретым воздухом имеет первостепенное значение для таких практически важных задач, как изучение явлений, происходящих в огненном шаре сильного взрыва (см. гл. IX), расчет радиационного нагревания баллистических ракет и искусственных спутников при входе в атмосферу и др. Для первой задачи существен широкий диапазон температур от обычных и до сотен. тысяч и даже миллиона градусов. Для второй задачи наибольший интерес представляют температуры 5000—20 000° К, которые развиваются в ударной волне перед телами, движущимися в атмосфере со скоростями порядка нескольких или 10 км/сек. Широк и диапазон плотностей, с которыми приходится иметь дело, от IOqq (в ударной волне. [c.281]

Одной из важнейших практических задач такого типа является задача обтекания тела сильно разреженным газом, в котором времена релаксации сравнимы с временем обтекания тела, т. е. длина релаксации сравнима с характерными размерами тела. При входе в атмосферу баллистических ракет с большой сверхзвуковой скоростью перед телом образуется так называемая головная ударная волна, как показано на рис. 8.1. Расстояние отхода ударной волны от передней точки тела обычно в несколько или раз в десять меньше радиуса кривизны передней части тела. Если газ настолько разрежен, что на расстоянии отхода укладывается не очень большое число газокинетических пробегов, то в частицах газа за фронтом ударной волны не успевают возбуждаться медленно релаксируюш,ие степени свободы, например, не успевает устанавливаться химическое равновесие. Благодаря этому температуры в сжатом ударной волной газе оказываются более высокими, чем при условии термодинамического равновесия, что меняет режим нагревания тела. По су-ш,еству, мы имеем дело здесь со случаем, когда Рис 8 1 Головная характер газодинамических распределений в [c.424]

Стартовавшая 15 сентября 1968 г. с промежуточной орбиты советская станция Зонд-5 18 сентября обогнула Луну, пройдя на расстоянии 1950 км от ее поверхности, и 21 сентября вошла со скоростью около И км/с в атмосферу. На пути к Луне на расстоянии 325 ООО км от Земли и на обратном пути на расстоянии 143 ООО км были проведены коррекции, причем первая обеспечила пролет Луны на заданном расстоянии, а вторая, с импульсом 0,35 м/с (0,005% скорости),— вход в атмосферу под заданным углом 5—6°. Перед входом от станции отделился спускаемый аппарат. Температура в слое газа между аппаратом и ударной волной достигала 13 000°. Баллистический спуск завершился посадкой в Индийском океане после того, как на высоте 7 км (при скорости 200 м/с) сработала парашютная система. Коэффициент перегрузки не превышал 10—16. Расчетная высота условного перигея 35 км. Увеличение этой высоты на 25 км привело бы к незахвату атмосферой, а уменьшение на 10 км — к чрезмерным перегрузкам и перегреву. [c.262]

Когда сверхзвуковой поток истекающих газов врывается в окружающую атмосферу и затормаживается в ней, возникают ударные волны. Мы знаем, что скорость распространения ударной волны больше скорости звука, и тем больше, чем выше перепад плотности на границе волны. Значит, ударная волна может продвигаться и навстречу сверхзвуковому потоку, был бы для этого достаточен перепад давления и плотности. А такой перепад может образоваться при высоком давлении окружающей среды и относительно низком давлении ра. Ударная волна для сопел большого расширения располагается в более угрожающей близости от выходного сечения, чем для соиел малого расширения, и входит в сопло, если мы неосмотрительно выберем степень расширения сопла сверх определенной меры. Поток при этом будет затормаживаться уже внутри сопла, и все наши усилия, направленные на возможно полное преобразование энтальпии в кинетическую энергию, не будут оправданы. [c.180]

Светящаяся ударная волна сопровождает и полет ракеты в атмосфере. Например, первый космонавт Ю. А. Гагарин при полете 12 апреля 1961 г. на космическом корабле Восток наблюдал это свечение в виде бушующего пламени через жаропрочное стекло иллюми-HaTqpa. Видимо, это было еще в разреженных слоях атмосферы на достаточно большой высоте, так как при скорости полета 7 км/с температура воздуха в ударной волне достигает десятков тысяч градусов. До входа в плотные слои атмосферы космический корабль включaeт тормозные двигатели, и с1фрость его движения снижается до безопасной для полета. [c.83]

При входе тел в плотные слон атмосферы в окрестности тела перед ннм образуется ударная волна, а на самой поверхности тела — пограничный слой, в котором силы вязкости имеют одни порядок с силами инерции. Схема гиперзвукоио-го обтекания тела дана, например, в работе [15]. Если число Рейпольдса Ко == — > 10 а число Киудсена [c.14]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...