Продольный разлет двух сфер при сверхзвуковом обтекании



Longitudinal Expansion of Two Spheres in Supersonic Flow

The results of calculations for flow around two spheres located along the flow are presented. The results of experimental studies of the aerodynamic characteristics of a system of two bodies located along the flow are known. One interesting phenomenon in this problem is the hysteresis of the characteristics as the distance between the bodies changes. A multiblock computational technology is applied using local curved grids adapted to the surface of the bodies, which have finite overlap regions with a global rectangular grid for the entire compu-tational domain. Viscous boundary layers are resolved on local grids using the Navier-Stokes equations, and the effects of aerodynamic interference of accompanying shock wave structures are described using the Euler equations. In the grid overlap regions, interpolation of functions is applied up to the transition boundaries from one grid to the other. With succes-sive displacement of one of the spheres with an increase or decrease in the distance between the spheres, a qualitative restructuring of the flow structure is observed. The implemented flow pattern depends not only on the distance between the spheres but also on the flow regime the system was in before the distance changed.
The feasibility of numerically modeling the hysteresis of the aerodynamic properties of a system of two spheres as a function of the distance between them is demonstrated. The results are compared with known experimental data. A model of the relative longitudinal motion of two bodies is presented. The resulting estimate of the aerodynamic drag of the two bodies allows us to evaluate the nature of the bodies' relative motion.

separation of a system of two spheres, aerodynamic characteristics, hysteresis.


Представлены результаты расчетов обтекания двух сфер, расположенных вдоль потока. Известны результаты экспериментальных исследований аэродинамических характеристик системы двух тел, расположенных вдоль потока. Одним из интересных явлений в данной задаче является гистерезис характеристик при изменении расстояния между телами.
Применена многоблочная вычислительная технология с использованием локальных адаптированных к поверхности тел криволинейных сеток, имеющих конечные области перекрытия с глобальной прямоугольной сеткой для всей расчетной области.
Вязкие пограничные слои разрешаются на локальных сетках с использованием уравнений Навье - Стокса, а эффекты аэродинамической интерференции сопутствующих ударно-волновых структур описываются в рамках уравнений Эйлера.
В областях перекрытия сеток применяется интерполяция функций до границ перехода от одной сетки к другой. При последовательном смещении одной из сфер с увеличением или уменьшением расстояния между сферами наблюдается качественная перестройка структуры течения. Реализуемая схема обтекания зависит не только от величины расстояния между сферами, но и от режима обтекания, в котором система находилось до изменения расстояния.
Показана возможность численного моделирования гистерезиса аэродинамических свойств системы двух сфер в зависимости от расстояния между ними. Результаты сопоставляются с известными экспериментальными данными. Представлена модель относительного продольного движения двух тел. Полученная оценка аэродинамического сопротивления двух тел позволяет дать оценку характера относительного движения тел.

разлет системы из двух сфер, аэродинамические характеристики, гистерезис.


1. Хлебников В.С. Исследование течения перед сферой, помещенной в следе тела, при сверх-звуковом обтекании. Ученые записки ЦАГИ. 1971, Т.2, №1, с. 42-48.
2. Хлебников В.С. Перестройка течения между парой тел, одно из которых расположено в сле-де другого, при сверхзвуковым обтекании. Ученые записки ЦАГИ. 1978, Т.7, №3, с. 133-136.
3. Хлебников В.С. Осесимметричное обтекание пары тел сверхзвуковым потоком газа. Ученые записки ЦАГИ. 1978, Т.9, №6, с. 108-114.
4. Пилюгин Н.Н., Талипов Р.Ф., Хлебников В.С. Обтекание тел неравномерным сверхзвуковым потоком типа следа // Теплофизика высоких температур. 1996. Т.34. В.5. С.780-795.
5. Пилюгин Н.Н., Хлебников В.С. Проблема создания парашютной системы для торможения летательного аппарата при сверхзвуковых режимах // Прикладная механика и техническая физика. 2010. Т.51. №5. С.5-16.
6. Хлебников В.С. Аэротермодинамика элементов летательных аппаратов при стационарном и нестационарном сверхзвуковом обтекании. - М.: ФИЗМАТЛИТ, 2014. - 168 с.
7. Laurence S.J., Parziale N.J., Deiterding R. Dynamical separation of spherical bodies in supersonic flow. Journal of Fluid Mechanics, 2012.
8. Максимов Ф.А. Сверхзвуковое обтекание системы тел. Компьютерные исследования и мо-делирование. 2013. Т.5. №6. С.969-980.
9. Li T., Sui J., Gong S., Wu C. Dynamical separation of rigid bodies in supersonic flow. Science China Technological Sciences, 2015, Vol.58, №12: 2110-2121.
10. Lukashenko V.T., Maksimov F.A. On the separation of two meteoroid fragments of different shapes. Journal of Physics: Conference Series. 2020, Vol.1479, 012132, pp.1-10.
11. Cardona V., Joussot R., Lago V. Shock/shock interferences in a supersonic rarefied flow: experi-mental investigation. Experiments in Fluids, 2021, 62:135.
12. Laurence S.J., Deiterding R. Shock-wave surfing. Journal of Fluid Mechanics, 2021.
13. Seltner P.M., Willems S., Gulham A. Aerodynamic interactions of blunt bodies free-flying in super-soni flow. Experiments in Fluids, 2024, 65:80.
14. Максимов Ф.А., Шевелев Ю.Д. Моделирование обтекания проницаемых поверхностей. Ма-тематическое моделирование, 2018, 11, с. 127-144.
15. Максимов Ф.А. Численное моделирование гистерезиса при обтекании системы двух тел. Математическое моделирование и численные методы, 2025, 1, с.57-79.