Парашюты и проницаемые тела

В экспедициях на Марс с помощью автоматических станций «Марс» и «Viking», посадка спускаемых аппаратов осуществлялась с помощью парашютных систем. Схема торможения предусматривала ввод парашюта на сверхзвуковых режимах при числах Маха в диапазоне от 2,5 до 4. Созданию таких парашютных систем предшествовали научно-исследовательские работы по соответствующим программам в СССР и за рубежом. Работа парашюта в сверхзвуковом потоке может сопровождаться интенсивными пульсациями купола, колебаниями суммарного аэродинамического сопротивления и неустойчивостью пространственной ориентации парашюта в целом. В лаборатории выполнен большой цикл экспериментальных исследований аэродинамики тормозных и стабилизирующих устройств (специальных парашютов и др. систем), расположенных в аэродинамическом следе за лидирующим телом в условиях сверхзвукового полета аппаратов и их элементов. Выявлен гистерезис тормозящей силы сопротивления по параметру расстояния между куполом парашюта и головным телом [1], разработаны способы повышения устойчивости и снижения динамических нагрузок при раскрытии парашютов на сверхзвуковых скоростях полета. Результаты этих исследований использовались, в частности, при создании парашютных систем для посадки спускаемых аппаратов автоматических станций «Марс-3» и «Марс-6».

В трех монографических сборниках [2-4] отражены разнообразные достижения сотрудников лаборатории и их коллег из НИИ парашютостроения при решении актуальных задач механики парашютов и проницаемых тел. Представлены оригинальные теоретические модели напряженно-деформированного состояния куполов парашютов различной конфигурации в раскрое при различных фазах наполнения в воздушном потоке [2-3]; выявлены новые режимы авторотации лопастных парашютов (ротошютов), что позволило определить границы устойчивости положения оси вращения ротошюта на нулевом угле атаки [3]; развиты методы замыкания систем граничных условий на поверхностях разрыва, моделирующих различные газопроницаемые границы тел из тканых и перфорированных материалов [4]; построены аналитические и численные решения задач о взаимодействии до- и сверхзвуковых потоков сплошной среды с проницаемыми экранами и деформируемыми оболочками [2-4]; экспериментально доказано существование режимов немонотонной зависимости сопротивления проницаемых экранов от степени их проницаемости [4-5]; разработан и реализован на практике метод волновой диагностики газопроницаемых материалов.

Фундаментальные результаты получены по проблеме постановки граничных условий на внутренних поверхностях разрыва, моделирующих проницаемые экраны в сплошной среде жидкости или газа. Доказано [4, 6], что поверхность разрыва, моделирующая наличие внутренней проницаемой границы в несжимаемой жидкости неизбежно порождает поток объемной завихренности (за исключением нескольких простейших частных случаев). Для сжимаемой среды разработана теория обобщенной адиабаты проницаемой поверхности [4, 8], позволившая дать полную классификацию многообразия режимов взаимодействия газа с тонкостенными проницаемыми экранами. Выявлен экспериментально режим двойного запирания [7], а также особый вырожденный режим E4 [4, 8, 10], при котором для замыкания задачи взаимодействия достаточно лишь общих законов сохранения массы и полной энтальпии на разрыве (при этом любое дополнительное невырожденное соотношение переопределяет задачу, делая ее неразрешимой). На этой основе создан автономный программный модуль решения обобщенной задачи Римана о распаде произвольного разрыва на проницаемой границе, что позволило распространить методы вычислительного эксперимента на широкий класс задач о течениях газа с ударными волнами около проницаемых границ, например [9, 10]. Этот программный модуль был внедрен в состав известного отечественного вычислительного пакета GasDynamicsTool.

Разработана теория «комбинированной проницаемости» [11] (крупноячеистая перфорация поверх мелкоячеистого пористого материала). Типичным практическим примером комбинированной проницаемости является купол парашюта из проницаемого тканого материала при наличии дополнительной конструктивной перфорации. В рамках теории «квадратного» парашюта [12] разработана модель «экономичного» парашюта с перфорированным куполом из квадратной непроницаемой пленки с четырьмя угловыми стропами) [13]. Дана классификация схем сверхзвукового обтекания решетчатых крыльев и решеток круглых стержней под углом атаки, определены условия смены режимов обтекания, обнаружены и объяснены гистерезисные явления [14-15].

Лаборатория участвовала в расследовании МЧС крушения вертолета МИ26Т, осуществлявшего тушение таежного пожара с помощью водосливного устройства ВСУ-15. На основании специально выполненных экспериментальных исследований модели ВСУ в аэродинамической трубе была исключена версия попадания соединительного троса ВСУ в хвостовой винт вертолета из-за превышения экипажем нормативной скорости полета. Оказалось, что угол устойчивой балансировки ВСУ в воздушном потоке более 40°, а это исключает возможность опасного приближения соединительного троса подвески ВСУ к хвостовому винту вертолета при увеличении скорости полета.

1. Исследование обтекания проницаемых тел и парашютов при различных фазах наполнения / Гувернюк С. В., Лоханский Я. К., Фалунин М. П., Ульянов Г. С. и др. — М.: ВНТИцентр, 1984. — 44 с.

2. Обтекание парашютов и проницаемых тел потоком газа / Под. ред. Х. А. Рахматулина и М. П. Фалунина – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1975. – 127 с.

3. Парашюты и проницаемые тела / Под. ред. О. В. Рысева и М. П. Фалунина – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1980. – 132 с.

4. Парашюты и проницаемые тела / Под. ред. Х. А. Рахматулина и М. П. Фалунина – М.: Изд-во Моск. ун-та, 1987. – 144 с.

5. Аэродинамические характеристики проницаемых дисков при дозвуковых скоростях набегающего потока / С. А. Фещенко // Изв. АН СССР, МЖГ, 1986. № 4. С. 123-128.

6. Formulation of problems of incompressible flow over permeable bodies / Rakhmatulin Kh. A., Guvernyuk S. V. // Fluid Mechanics - Soviet Research, 1988. Vol. 17. No. 2. P. 46–71.

7. Сверхзвуковое обтекание затупленных перфорированных экранов / Гувернюк С. В., Савинов К. Г., Ульянов Г. С. // Изв. АН СССР, МЖГ, 1985. № 1. С. 143–149.

8. The Adiabat for a Permeable Wall / Guvernyuk S. V. // Fluid Mechanics - Soviet Research, 1988. Vol. 17. No. 3. P. 90–101.

9. Взаимодействие цилиндрической ударной волны с тонкостенным проницаемым экраном / Гувернюк С. В., Симоненко М. М. // Изв. СО АН СССР, ПМТФ, 1985. № 6. С. 128–131.

10. О гиперзвуковом обтекании тел с сетчатыми экранами / Гувернюк С. В. / В кн. Газовая и волновая динамика, Т. 4. — М.: Изд-во Айрис-пресс, 2005. С. 236–242.

11. О струйном обтекании проницаемой пластины в плоскопараллельном канале / Андронов П. Р., Гувернюк С. В. // ПММ, 2015, Т. 79, № 3. С. 391–404.

12. Анализ напряженного состояния и формообразования купола квадратного парашюта / Джалалова М. В. // Вестник Моск. ун-та. Серия 1: Мат. Мех, 1984. № 6. С. 93-96.

13. Исследование влияния конструктивной проницаемости на устойчивость парашюта с четырьмя стропами / Джалалова М. В., Леонов С. В. // Вестник Моск. ун-та. Серия 1: Мат. Мех, 2013. № 1. С. 65–69.

14. Особенности обтекания сверхзвуковым потоком решётчатых крыльев при больших углах атаки / Гувернюк С. В., Симоненко М. М., Синявин А. А. // Космонавтика и ракетостроение, 2012. № 1. С. 55–62.

15. Сверхзвуковое обтекание плоской решетки цилиндрических стержней / Гувернюк С. В., Максимов Ф. А. // ЖВММФ, 2016. Т. 56. № 6. С. 1025–1033.