COMPUTER MODELING OF THE GENERALIZED NEYMAN PROBLEM OF HEAT EXCHANGE OF ROCKET FAIRING

Authors

DOI:

https://doi.org/10.32782/IT/2022-1-1

Keywords:

complex Fourier series, Neumann boundary value problem, Laplace integral transformation, relaxation time.

Abstract

The choice of thermal protection of the rocket fairing is made with special care because the fairing must protect against aerodynamic heating, radiation, and temperature changes. Currents with large Mach numbers are accompanied by gas-dynamic and physicochemical effects. When flowing around the blunt body, there is formed a shock wave which departs from the body but remains in close vicinity to the frontal point almost equidistant to its surface. Physical and chemical effects are stipulated by rising temperatures caused by the inhibition of gas by the shock wave. At the same time, there occur a transition of the kinetic energy of the rushing flow into the thermal one, excitement of fluctuating degrees of gas molecules freedoms, dissociation and even ionization. Therefore, among the problems of great theoretical and practical interest, there is the problem of studying the temperature fields arising in the fairings for missiles in the form of a truncated cone that rotates around its axis, given the finiteness of the rate of heat propagation. For the first time, a mathematical model for calculating temperature fields for a truncated cone is constructed in the article. The model approximates the distribution of temperature fields that appear in rocket fairings, taking into account the angular velocity and the finite velocity of heat propagation in the form of a boundary value problem of mathematical physics for the hyperbolic equation of thermal conductivity with Neumann boundary conditions. In the paper, there is formed a new integral transformation for a two-dimensional finite space in the application of which there is found the temperature field in the form of a convergent series. The solution found can be used for computer simulation of the possible value of thermomechanical stresses, promotion of the correct choice of technological parameters, objective control, as well as for identification of the ways to improve the thermal protection of fairings for missiles.

References

Чернобрывко М. В., Аврамов К.В., Батутина Т.Я., Дегтяренко П.Г., Тонконоженко А.М., Сулейменов У.С. Динамическая неустойчивость подкрепленных конических обтекателей ракет-носителей в сверхзвуковом газовом потоке. Технічна механіка. 2015. № 1. С. 15–29.

Аврамов К. В., Чернобрывко М. В., Батутина Т.Я., Дегтяренко П. Г., Тонконоженко А. М. Динамическая неустойчивость обтекателей ракет. Космічна наука і технологія. 2015. Т. 21. № 1. С. 10–14.

Чернобрывко М.В., Аврамов К.В., Батутина Т.Я., Меша Ю.В. Аэроупругие колебания обтекателей ракет-носителей в сверхзвуковом газовом потоке. Вісник НТУ«ХПИ». 2013. № 63 (1063). С. 131–139.

Чернобрывко М.В., Аврамов К.В., Дегтяренко П.Г., Тонконоженко А.М., Меша Ю.В., Тишковец Е.В., Жолос О.В. Динамика композитного корпуса твердотопливного двигателя ракеты под действием импульсных нагрузок, описывающих рабочие процессы в двигателе. Космічна наука і технологія. 2017. Т. 23. № 1(104). С. 18–29.

Чернобрывко М.В., Аврамов К.В., Клименко Д.В., Батутина Т.Я. Динамическая неустойчивость обтекателей ракет-носителей в сверхзвуковом газовом потоке. Тез. докл. V Международной конференции «Космические технологии: настоящее и будущее», г. Днепр, 2015. С. 31.

Бердник М.Г. Математичне моделювання температурного поля в циліндрі, який обертається, з урахуванням кінцевої швидкості поширення тепла. Питання прикладної математики і математичного моделювання. Днiпропетровськ: ДНУ, 2005. С. 37–44.

Маркович Б. М. Рівняння математичної фізики. Львів: Львівська політехніка, 2010. 384 c.

Berdnyk M. The mathematic model and method for solving the dirichlet heat- exchange problem for empty isotropic rotary body. Non-Traditional Technologies in the Mining Industry. Solid State Phenomena. Vol. 277. Trans Tech Publications, Switzerland. 2018. pp 168–177.

Лопушанська Г.П., Лопушанський А.О., М’яус О.М. Перетворення Фур’є, Лапласа: узагальнення та застосування. Львів: ЛНУ ім. Івана Франка, 2014. 152 с.

Published

2022-09-08