Конструкторское бюро «Южное» имеет большой опыт в проведении  аэродинамических расчетов. При помощи имеющихся методик оперативно и точно определяются аэрогазодинамические характеристики объектов исследования ракетно-космической техники и ракетных комплексов.

Методики прошли успешную апробацию при решении самых разнообразных инженерных задач. Результаты расчетов подтверждены хорошей сходимостью с экспериментальными данными.

Аэродинамические характеристики ракет-носителей, отделяющихся элементов ракет-носителей, спускаемых аппаратов

Определение суммарных и распределенных аэродинамических характеристик (Сх, Сy, Cz, my, mz) ракет-носителей, отделяющихся элементов ракет-носителей, спускаемых аппаратов осуществляется на всех этапах эксплуатации.

Аэродинамические характеристики определяются в диапазонах чисел Маха от 0 до 20 и углов атаки от 0 до 180°. Погрешность определения составляет до 20%.

При помощи имеющегося программно-методического обеспечения был проведен расчет аэродинамических характеристик РН «Зенит», «Днепр» и других РН, разработанных ГП «КБ «Южное».

Моделирование и расчет параметров газовых течений при работе пневмосистем различного назначения

КБ «Южное» располагает комплексом методических разработок для расчета и моделирования газодинамических и временных параметров пневмосистем. К ним относится определение:

  • времени наполнения/опорожнения баллонов, изменения давления и температуры газа;
  • диаметров газовых магистралей, жиклеров или дросселирующих устройств;
  • объемов баллонов для различных заданных условий;
  • расхода/скорости и массы газа для решения необходимых технических задач;
  • тяговых характеристик пневмосистем.

Методики учитывают основные физические процессы, происходящие в пневмосистемах, – теплообмен, сжимаемость, род газа, эффект Джоуля-Томсона, а также характеристики подводящих магистралей. С их помощью можно определять и оптимизировать параметры различных пневмосистем для заданных условий и требований. Их применение позволяет рационально проводить эксперименты на модельных и натурных конструкциях, выполнять обработку и анализ экспериментальных данных. В итоге это способствует экономии материальных затрат при проектировании и экспериментальной отработке в целом.

При помощи данных методик оперативно и точно определяется изменение газодинамических параметров (давление, температура, скорость, расход) в ходе различного рода рабочих и технологических операций, выполнения продувок магистралей, элементов автоматики и соединительных устройств, а также при воспроизведении разных технических и критических ситуаций. Методики прошли успешную апробацию при решении самых разнообразных инженерных задач, например при оперативной замене дефицитных газов на более простые, широкого распространения (типа гелия на азот или воздух), которые существенно дешевле и доступней.

Предлагаемые методические разработки успешно применялись и в настоящее время используются при проектировании различных пневмосистем ракетно-космического назначения. Результаты расчетов подтверждены хорошей сходимостью с экспериментальными данными.

Определение аэродинамических характеристик космического аппарата (КА), характеристик КА в потоке солнечного ветра, прогноз солнечной активности

Определяются аэродинамические характеристики КА в свободномолекулярном потоке при ориентированном и неориентированном полете по орбите; аэродинамические характеристики космических ступеней на активном и пассивном участках полета в свободномолекулярном потоке и при переходном режиме обтекания; характеристики КА в потоке солнечного ветра при ориентированном и неориентированном полете на орбите; месячный, квартальный и одиннадцатилетний прогноз солнечной активности.

Существует возможность визуализации компоновки КА, отображения деталей компоновки, учета взаимного влияния элементов компоновки друг на друга, расчета аэродинамических характеристик при различных положениях солнечных батарей и других элементов, рассчитываются аэродинамические характеристики при произвольной ориентации КА, расчет производится оперативно, с достаточной точностью.

При помощи описанного программно-методического обеспечения были определены аэродинамические характеристики и характеристики от солнечного воздействия более 400 серий КА «Космос», «Интеркосмос», а также КА «Океан-О», «LatinSat», «SaudiSat» и другие, проводятся расчеты спутников «Egyptsat» и «Terrasar». Проводится постоянное прогнозирование солнечной активности для расчетного сопровождения функционирующих спутников.

Определение ветровых аэродинамических нагрузок, действующих на ракеты-носители

Определяются суммарные и распределенные аэродинамические характеристики ракет с учетом влияния близлежащих стартовых сооружений и конструкций и неравномерности приземного ветрового потока.

На основании систематических расчетных и экспериментальных данных могут быть определены:

  • аэродинамические характеристики (суммарные и распределенные), необходимые для расчетов на прочность и устойчивость;
  • аэродинамические нагрузки, действующие на отдельные элементы РН и стартовых сооружений.

Погрешность определения характеристик – до 20%.

Данный подход, широко опробованный при разработке ракетных комплексов, может быть с успехом применен для определения аэродинамических нагрузок, действующих на высотные сооружения и сооружения башенного типа в условиях городской застройки.

Определение газодинамических характеристик РН при старте

Определение полного комплекса газодинамических характеристик РН и ПУ при различных видах старта: с наземных пусковых установок, полузаглубленного старта, с морских платформ, при минометном и шахтном старте, – необходимого для качественного проектирования и отработки РН и ПУ. Состав газодинамических характеристик: ударно-волновые и квазистационарные газодинамические нагрузки на РН и пусковую установку.

Максимальное использование результатов измерения газодинамических характеристик на моделях РН и ПУ и в натурных условиях, что обеспечивает высокую надежность получаемых результатов.

Существует комплекс программно-методических средств, адаптированных к ПЭВМ, состоящий из программ расчета газодинамических характеристик при минометном старте, открытом и полузаглубленном старте, газодинамических характеристик струи на начальном и основном участках.

При помощи описанного ПМО был проведен расчет газодинамических характеристик РН «Зенит», «Днепр» и других РН, разработанных КБЮ.

Аэрогазодинамические расчеты. Определение параметров газов, действующих на космический аппарат на всех этапах наземной эксплуатации в составе ракет-носителей

Выбор схем и определение параметров систем термостатирования сухих отсеков РН, оценка газодинамического воздействия и тепловых режимов оборудования, установленного в сухих отсеках РН, с учетом специфических требований, выдвигаемых конкретным КА или другим оборудованием.

Принятая методология оценки параметров в термостатируемых отсеках приводит к существенному сокращению затрат, связанных с проектированием систем термостатирования сухих отсеков РН и увязкой конкретных КА с РН при выполнении различных миссий.

На основании электронного моделирования течения в сухих отсеках проводится анализ возможности выполнения ограничений, накладываемых аппаратурой, размещенной в сухих отсеках. Основными оцениваемыми параметрами являются скорость и температура воздушного потока вблизи термостатируемых объектов, а также тепловые режимы этих объектов. Основные характеристики подтверждаются экспериментальной отработкой основных узлов и системы в целом.

Используемая методология может быть применена при проектировании систем вентиляции и обеспечения температурных режимов различных объектов народного хозяйства, в частности чистых камер, цехов предприятий, кабин операторов различных агрегатов. При этом, не прибегая к значительному объему экспериментальной отработки, возможно обеспечение требуемых параметров чистоты в помещении или выполнение эргономических требований.

Расчет аэродинамических характеристик ветроэнергетических агрегатов с вертикальной и горизонтальной осью вращения

Для заданной мощности ветроэнергетических агрегатов при известных характеристиках ветра:

  • выбор принципиальной схемы ветроэнергетических агрегатов и определение оптимальных геометрических размеров;
  • расчет суммарных и распределенных аэродинамических нагрузок для рабочего диапазона скоростей и для экстремальных условий;
  • возможность получения зависимости мощности ветроэнергетических агрегатов от частоты вращения ротора при различных скоростях ветра – основной энергетической характеристики, на основе которой разрабатывается система управления ветроэнергетических агрегатов.

С учетом вышеперечисленных условий проводятся расчеты аэродинамических характеристик ВЭУ с вертикальной и горизонтальной осями вращения ротора.

Предоставляемые расчеты обеспечивают:

  • возможность определения аэродинамических характеристик наиболее перспективной с точки зрения управления (ориентации на ветер) ВЭУ с вертикальной осью вращения ротора;
  • простота и удобство задания ИД, полнота и ясность получаемых результатов, минимальное время расчета на ПЭВМ;
  • в разработанной программе максимально использованы результаты экспериментальных исследований ветроэнергетических агрегатов.

Предлагается программа расчета на ПЭВМ аэродинамических и энергетических характеристик ВЭУ, наиболее перспективных схем с вертикальной и горизонтальной осями вращения ротора и выбора оптимальной геометрической компоновки ветроэнергетических агрегатов для заданной ее мощности.

Расчет газодинамических параметров пневмосистемы сброса головного аэродинамического обтекателя

Разработанные методика и программа расчета позволяют определить параметры пневмосистемы сброса створок обтекателя, состоящей из баллона с газом высокого давления, элементов автоматики, подводящих магистралей и пневмотолкателя. К определяемым параметрам относятся:

  • давление и температура в баллоне;
  • давление и температура газа в полости пневмотолкателя;
  • усилие толкателя.

При проектировании для требуемых параметров толкателя (начального усилия и выполняемой работы) методика позволяет оперативно и точно выбрать оптимальные характеристики пневмосистемы сброса обтекателя.

При предварительно заданных размерах пневмосистемы и ходе штока пневмотолкателя по времени определяется давление в баллоне и пневмотолкателе, а также создаваемое толкателем усилие.

Результаты расчетов по данной методике имеют хорошую сходимость с экспериментальными данными наземных и летных испытаний.

Расчет параметров генераторной системы наддува бака РН, заправленного окислителем азотным тетроксидом (АТ)

Разработаны методика и программа расчета параметров тепломассообменных внутрибаковых процессов, происходящих при наддуве баков окислителя с использованием в качестве рабочего тела продуктов сгорания топлива АТ/НДМГ при k=16…22, имеющих температуру 200…500°C. При этом определяются:

  • давление и температура газа в баке;
  • температура элементов конструкции бака;
  • масса газа наддува и паров окислителя в баке;
  • прогрев верхнего слоя окислителя в баке.

В методике учитываются особенности устройств ввода газа в бак, диссоциация паров АТ и их фазовые переходы, тепломассообменные процессы, влияние перегрузки. Определяются необходимый расход и масса генераторного газа на наддув бака окислителя с АТ, а также комплекс параметров системы наддува. В целом это способствует экономии материальных затрат на проектирование и экспериментальную отработку упомянутой системы наддува.

Результаты расчетов по предлагаемой методике подтверждены экспериментальными данными стендовых и летных испытаний.

Расчетное определение газодинамических характеристик при разделении ступеней и отделении космических аппаратов. Газодинамическое проектирование узлов разделения и отделения

По данным методикам определяются величины максимальных давлений и нагрузок от струй двигательных установок на поверхности разделяющихся ступеней и космических аппаратов.

В программах расчета газодинамических характеристик используются поправочные экспериментальные коэффициенты, полученные при исследовании на моделях разделяющихся ступеней и космических головных частей.

Предлагаемые методы позволяют определить максимальные величины газодинамических характеристик от струй двигательных установок на поверхности разделяющихся ступеней и космических аппаратов.