Исследование роли термохимически неравновесных процессов в аэротермодинамике на основе численных и аналитических решений уравнений Навье-Стокса и их асимптотически упрощенных вариантов в широком диапазоне чисел Рейнольдса

В рамках одномерных стационарных уравнений Навье-Стокса численно решена задача о структуре прямой ударной волны с учетом коэффициента объемной вязкости, учитывающего релаксацию вращательных и колебательных степеней свободы молекул воздуха, в широком диапазоне чисел Маха. Показано хорошее согласование решений для толщины ударной волны, профилей плотности и скорости с результатами экспериментов. Оценено влияние коэффициента объемной вязкости на теплопередачу, сопротивление и поле течения около затупленного тела, обтекаемого сверхзвуковым потоком воздуха, путем численного решения параболизованных уравнений Навье-Стокса. В задаче сверхзвукового обтекания конуса потоком разреженной воздушной плазмы при уносе с поверхности окиси молибдена разработана теоретическая кинетическая модель для обработки экспериментальных измерений неравновесной концентрации электронов и температуры в ближнем следе за конусом с учетом различия поступательной температуры газа от температуры электронов и колебательной температуры молекул. Рассчитан унос массы, решена система уравнений химической кинетики для основных компонент, получена формула для интенсивности излучения, показано, что температура электронов заметно превышает поступательную температуру газа. Для трехмерных гиперзвуковых течений около затупленных тел при больших и умеренных числах Рейнольдса получены аналитические решения для теплового потока, отнесенного к его значению в точке торможения, путем решения уравнений тонкого вязкого ударного слоя для совершенного газа. На основании сравнений с численными решениями для многокомпонентного химически неравновесного воздуха на высотах 90 - 50 км траектории спуска Space Shuttle в атмосфере Земли показано, что эти решения применимы для расчета относительного теплового потока на идеально каталитической поверхности тел, обтекаемых химически реагирующим газом. Для трехмерных гиперзвуковых течений около затупленных при малых числах Рейнольдса разработанным асимптотическим методом получены аналитические решения для коэффициентов теплопередачи, трения и давления в зависимости от параметров набегающего потока и инвариантных геометрических параметров. Оценена их область применимости, показано, что с уменьшением числа Рейнольдса они приближаются к решениям в свободномолекулярном режиме обтекания. В задаче о движении и разрушении метеороидов в атмосфере Земли оценены области преобладающего влияния конвективных и лучистых тепловых потоков в континуальном режиме обтекания. Разработана двустадийная модель дробления крупных метеороидов в атмосфере, дающая оценки для кривых светимости, прочности и максимального размера выпавших на землю метеоритов; проведены расчеты для известных болидов; исследовано энерговыделение на заключительном этапе разрушения. Для расчета уравнений газовой динамики и нестационарных уравнений переноса построены высокоточные бикомпактные схемы на шаблоне в пределах одной пространственной ячейки. Предложен способ построения монотонных гибридных схем для расчета разрывных решений систем уравнений гиперболического типа.