On Efficiency of Application of Isobaric Modes for Hypersonic Vehicles
Abstract
A system of hypersonic drag mitigation is proposed. It is based on injection of light and/or hot gas in a new, isobaric mode, in order to form a "gaseous fore body" and to protect the frontal part of the surface of a hypersonic vehicle from formation of the hypersonic boundary layer. The effectivity of application of the proposed system depends on whether the advantages of the drag mitigation outweigh the drawbacks of storing of the additional gas. The question was studied with help of complex (integral) modeling of the hypersonic flying vehicles. There were compared two designs of hypersonic vehicles, which were able to implement the same mission. One of the designs included a solid propellant rocket engine to compensate the hypersonic aerodynamic drag, the other one applied the system of hypersonic drag mitigation with a continuous injection of helium. The complex models took into account the internal (engine) and external gas dynamics with the shock wave drag and surface friction, flight dynamics in the exponential atmosphere, mass change, flight control, etc. Computations have demonstrated that the start mass of the first vehicle was approximately twice as big as that of the second one. An additional advantage of the system of hypersonic drag mitigation is a considerable growth of the available coolant, which can provide comfortable thermal onboard conditions. Thus, there are cases, for which it is advantageous to apply the proposed system of hypersonic drag mitigation.
About the Authors
E. S. Chuvasheva
MATI - Russian State Technological University named after Tziolkovsky
Russian Federation
Russian Federation
S. N. Chuvashev
MATI - Russian State Technological University named after Tziolkovsky
Russian Federation
Russian Federation
References
1. Александров А. Ф., Арделян Н. В., Тимофеев И. Б., Чувашев С. Н. О возможности существенного снижения энергозатрат на сверх- и гиперзвуковое движение при нагреве воздуха и/или вдуве плазмы // XXVI звенигородская конференция по физике плазмы и УТС: 1999. С. 252.
2. Арделян Н. В., Чувашев С. Н. Математическое моделирование безударных режимов сверхзвукового обтекания при профилированном нагреве газа // XXVI звенигородская конференция по физике плазмы и УТС: 1999. С. 261.
3. Арделян Н. В., Космачевский К. В., Чувашев С. Н. Математическое моделирование энергетически эффективных режимов сверхзвукового движения летательного аппарата с вдувом плазмы (газа) из иглы на носу // XXVI звенигородская конференция по физике плазмы и УТС: 1999. С. 264.
4. Chuvashev S., Ardelyan N., Chae J., Kosmachevskii K., Timofeev I. Class of energy saving regimes of supersonic propagation with plasma formation before streamlined bodies // 9-th int. Space planes and hypersonic systems and technologies conference. 3-rd weakly ionized gases symposium. AIAA-99-4968. Norfolk, Virginia, USA. 1999. P. 285-296.
5. Александров А. Ф., Тимофеев И. Б., Чувашев С. Н. Безударное сверхзвуковое движение в атмосфере: принципиальная возможность и практическая реализация. М.: Изд. МГУ, 1996. 9 с. (препринт физического факультета № 4/1996).
6. Александров А. Ф., Тимофеев И. Б., Чувашев С. Н. Безударное сверхзвуковое движение в атмосфере: принципиальная возможность и практическая реализация // Прикладная физика. 1996. № 3. С. 112-117.
7. Александров А. Ф., Тимофеев И. Б., Чувашев С. Н. О концепции обеспечения безударного сверхзвукового движения в атмосфере // 4-й межгосударственный симпозиум по радиационной плазмодинамике: тезисы докладов М.: МГТУ. 1997. С. 12-13.
8. Александров А. Ф., Тимофеев И. Б., Чувашев С. Н. Способ обеспечения безударного сверхзвукового движения летательного аппарата в атмосфере и летательный аппарат. Патент RU2107010 c1 b64с 21/02, 23/00, 30/00.
9. Ершов А. П., Розанов В. В., Сысоев Н. Н., Тимофеев И. Б., Чувашев С. Н., Шибков В. М. Наблюдение безударного сверхзвукового движения плазмы капиллярного разряда в атмосфере // 4-й межгосударственный симпозиум по радиационной плазмодинамике: М.: МГТУ, 1997. С. 122-123.
10. Ершов А. П., Тимофеев И. Б., Чувашев С. Н., Шибков В. М. Экспериментальная реализация формирования горячего канала и сверхзвукового движения плазменного тела в атмосфере без возбуждения ударных волн // 4-й межгосударственный симпозиум по радиационной плазмодинамике: М.: МГТУ, 1997. С. 124-125.
11. Чувашев С. Н., Любченко Ф. Н., Костенко О. Ф. Концепция космического аппарата с лучевой плазмообразующей системой для полетов по сверхнизким орбитам // 4 межгосударственный симпозиум по радиационной плазмодинамике: М.: МГТУ, 1997. С. 206-207.
12. Арделян Н. В., Чувашев С. Н. Вычислительные эксперименты по устранению сильных ударных волн и многократному снижению лобового сопротивления при сверхзвуковом движении тел в газах // Тр. 7-й Всеросс. Школы-семинара "Современные проблемы математического моделирования". Ростов-на-Дону. РГУ. 1997. С. 11-14.
13. Chuvashev S., Ershov A., Liagushin B., Timofeev B., Timofeev I. Ambient air modification for drag reduction. Similarity analysis results for modeling of weakly ionized plasma aerodynamics // Weakly ionized gases workshop: proc. Colorado: USAF Academy 1997. P. M3-M17.
14. Чувашева E. C., Чувашев С. Н., Зорина И. Г. Комплексная математическая модель для концептуального проектирования высокоскоростных летательных аппаратов // Информационные технологии. 2012. № 11.
15. Чувашева Е. С., Чувашев С. Н. Выбор рациональных характеристик высокоскоростных летательных аппаратов разных масштабов на основе комплексной математической модели // Информационные технологии. 2013. № 8.
16. Бюшгенс Г. С., Студнев P. В. Динамика самолета. Пространственное движение. М.: Машиностроение, 1983. 320 с.
17. Лунёв В. В. Гиперзвуковая аэродинамика. М: Машиностроение, 1975. 328 с.
18. Аржаников Н. С., Садекова Г. С. Аэродинамика больших скоростей. М.: Высшая школа, 1965.
19. Абрамович Г. Н. Прикладная газовая динамика. М.: Наука, 1991. 600 с.
Review
For citations:
Chuvasheva E.S., Chuvashev S.N. On Efficiency of Application of Isobaric Modes for Hypersonic Vehicles. Mekhatronika, Avtomatizatsiya, Upravlenie. 2015;16(9):642-647. (In Russ.)
Views:
397
.png)
Email this article 