Прогнозування пилового забруднення повітря у вентильованому об’ємі зі складною геометрією

Abstract

UK: На етапі передстартової підготовки необхідно виконати дуже жорсткі умови щодо умов навколишнього середовища всередині головного обтічника, де знаходиться супутник. А саме, дуже важливо передбачити концентрацію пилу всередині головного обтічника та біля поверхонь супутника під час примусової вентиляції. Тому виникає важлива задача – прогнозування рівня пилового забруднення повітря всередині обтічника та визначення ступеню забруднення особливо «чутливих» поверхонь. Для адекватного рішення даної задачі потрібно мати науково обґрунтовані математичні моделі. Мета роботи. Розробка швидкорозрахункової чисельної моделі для прогнозування пилового забруднення об’єму обтічника на етапі передстартової підготовки. Методика. Для прогнозування пилового режиму головного обтічника ракети-носія розроблена чисельна модель. Моделюючі рівняння: рівняння масопереносу пилу (враховує перенос пилу за рахунок конвекції, дифузії та гравітаційного осадження), рівняння для потенціалу швидкості (визначення поля швидкості повітряного потоку при обтіканні супутника в головному обтічнику), емпіричні залежності, що допомагають визначити інтенсивність осадження пилу на поверхню супутника. Наукова новизна. Розроблена багатофакторна чисельна модель для аналізу пилового забруднення обтічника при примусової його вентиляції на етапі термостатування. Модель дає можливість здійснювати рішення задачі аеродинаміки та масопереносу в областях, що мають складну геометричну форму. Для чисельного інтегрування моделюючих рівнянь використані кінцево-різницеві схеми. Практична значущість. Розроблена чисельна модель дає можливість швидко визначати рівень пилового забруднення як в самому обтічнику так і зонах розташування особливо «чутливих» поверхонь супутника. Висновки. На основі запропонованої чисельної моделі розроблено комп'ютерний код. Представлено результати обчислювальних експериментів для оцінки поля концентрації пилу всередині головного обтічника ракети-носія.

EN: At the stage of pre-launch preparation, it is necessary to fulfill very strict conditions regarding the environmental conditions inside the main fairing, where the satellite is located. Namely, it is very important to predict the concentration of dust inside the main fairing and near the surfaces of the satellite during forced ventilation. Therefore, an important task arises − predicting the level of dust pollution of the air inside the fairing and determining the degree of pollution of especially “sensitive” surfaces. To adequately solve this problem, it is necessary to have scientifically based mathematical models. The purpose of the article. Development of a fast-calculating numerical model for predicting dust contamination of the fairing volume at the pre-launch preparation stage. Methodology. A numerical model has been developed to predict the dust regime of the main fairing of the launch vehicle. Modeling equations: dust mass transfer equation (takes into account dust transport due to convection, diffusion and gravitational deposition), equation for the velocity potential (determination of the air flow velocity field when flowing around the satellite in the main fairing), empirical dependencies that help determine the intensity of dust deposition on the satellite surface. Scientific novelty. A multifactorial numerical model has been developed for the analysis of dust contamination of the fairing during its forced ventilation at the stage of thermostating. The model makes it possible to solve the problem of aerodynamics and mass transfer in areas with a complex geometric shape. Finite-difference schemes are used for the numerical integration of the modeling equations. Practical significance. The developed numerical model makes it possible to quickly determine the level of dust contamination both in the fairing itself and in the areas of particularly “sensitive” surfaces of the satellite. Conclusions. Based on the proposed numerical model, a computer code has been developed. The results of computational experiments to estimate the dust concentration field inside the main fairing of a launch vehicle are presented.