3.4. Формирование исходных данных.

Исходные данные для моделирования формируются из данных, содержащихся в рабочем файле, и данных, которые считываются рабочей программой из файла исходных данных.

Информация в файле исходных данных записываются в одну или несколько строк, а в каждой строке в следующем порядке:

n – количество испытаний;

L – относительная длина МИП;

r_A – относительный радиус анода;

r₀₁ – максимальный относительный радиус входного отверстия;

r₀₂ – минимальный относительный радиус входного отверстия;

ugol – угловая ширина входного отверстия, °;

kpr – коэффициент прозрачности входных отверстий;

r₁ – верхний относительный радиус расчетного объема;

r₂ – нижний относительный радиус расчетного объема;

V₀ – средняя скорость набегающего потока, м/с;

ugol_x – угол между вектором средней скорости потока и осью X, °;

ugol_y – угол между проекцией вектора средней скорости потока на плоскость YOZ и осью Y, °;

R – удвоенное значение удельной газовой постоянной;

T_m – абсолютная температура газа при моделировании набегающего потока как равновесного газа, К;

T_mm – абсолютная температура потока 2-го вида (максвелловское распределение модуля скоростей, все молекулы движутся сонаправленно), К;

T – абсолютная температура стенок объема, К;

ac – коэффициент аккомодации;

m1 - метка, завершающая строку исходных данных.

Запись в файле исходных данных имеет следующий вид:

40000 2.25 0.276 0.31 0.965 90 1.0 0.276 1.0 8000 0 0 590 1800 0 300 0.9 1

......

40000 2.25 0.276 0.31 0.965 90 1.0 0.276 1.0 8000 90 0 590 1800 0 300 0.9 0

В случае m1=0 после цикла расчета с исходными данными, записанными в рассматриваемой строке, программа снова обращается к файлу исходных данных и считывает следующую строку исходных данных.

Расчет производится снова, но уже с другими исходными данными. Обновление исходных данных для моделирования проводится до ввода строки, в которой m1=1. Подобная запись исходных данных позволяет проводить целую серию расчетных экспериментов с различными исходными данными, не запуская каждый раз программу заново.

3.5. Методика испытаний

Исследование зависимости выходных величин, полученных при моделировании, от размера зон прозрачности включает проведение испытаний при следующих исходных данных:

Газовый поток 3го рода, который соответствует разгерметизации КА Датчик находится непосредственно перед течью в корпусе.

V₀ = 0 м/с, Тmm = 300 K, kpr = 1, ugol_x = 0 град., ugol_y = 0 град

ugol = 1, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330, 360;

Количество испытаний n:

· 40000 для ugol = 30 ...360:

· 10000 для ugol = 1.

Результаты представлены в виде Графика 1 (MODMD82) и Графика 5 (MODMD82krug) (см.Приложение 3).

Газовый поток 3го рода при условии отклонения оси датчика (оси Х) от оси направления потока на 5 градусов

V₀ = 0 м/с, Тmm = 300 K, kpr = 1, ugol_x = 5 град., ugol_y = 0 град

ugol = 1, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330, 360;

Количество испытаний n:

· 40000 для ugol = 30 ...360:

· 10000 для ugol = 1.

Результаты представлены в виде Графика 2 (MODMD82) и Графика 6 (MODMD82krug) (см.Приложение 3).

Газовый поток 3го рода при условии отклонения оси датчика (оси Х) от оси направления потока на 10 градусов

V₀ = 0 м/с, Тmm = 300 K, kpr = 1, ugol_x = 10 град., ugol_y = 0 град

ugol = 1, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330, 360;

Количество испытаний n:

· 40000 для ugol = 30 ...360:

· 10000 для ugol = 1.

Результаты представлены в виде Графика 3 (MODMD82) и Графика 7 (MODMD82krug) (см.Приложение 3).

Газовый поток 3го рода при условии отклонения оси датчика (оси Х) от оси направления потока на 15 градусов

V₀ = 0 м/с, Тmm = 300 K, kpr = 1, ugol_x = 10 град., ugol_y = 0 град

ugol = 1, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330, 360;

Количество испытаний n:

· 40000 для ugol = 30 ...360:

· 10000 для ugol = 1.

Результат представлен в виде Графика 4 (см.Приложение 3).

3.6. Интерпретация выходных данных

Концентрация разряженной газовой среды в каждой части является суммой концентраций, создаваемых в них каждым потоком. Благодаря неоднородной проницаемости сеток каждый поток будет создавать в каждой части камеры свою концентрацию разряженного газа. Концентрация будет больше в той части ионизационной камеры, которая для данного потока имеет большую проницаемость торцевой сетки. По результатам измерения токов частей катода можно судить о концентрации каждого потока.

Действительно, напряжение на выходе измерителей тока:

(64)

где и - коэффициенты преобразования верхней и нижний частей катода и подключенных к ним измерителей тока;

N1 и N2 – концентрация газа в нижней (Ndw) и верхней (Nup) частях ионизационных камеры, образованной частями катода.

При этом:

(65)

где Nc – концентрация равновесного газового потока;

Nv – концентрация направленного по оси динамического газового потока;

k1,l2,k2,l2 – коэффициенты пропорциональности концентрации в первой и второй частей ионизационный камеры для каждого вида газового потока соответственно.

Подставляем значения из (65) в (64), получаем:

(66)

Решение системы уравнений (3) имеет вид:

(67)

При симметричной конструкции ионизационной камеры и одинаковых характеристках измерителей тока можно принять ==, k1=k2=k, тогда:

(68)

где A,B,C – коэффициенты, определяемые конструтивными характеристиками устройства;

Uraz = U2 - U1 – разностный сигнал двуз измерителей тока;

Usum = U1 + U2 – суммарный сигнал двуз измерителей тока;

Коэффициенты A,B,C могут быть получены при градуировке устройства и расчетным путем. Для этого при отсутствии динамического газового потока Nv = 0, Uraz = 0 при известной концентрации равновесного газового потока Nc определяется коэффициент A. Затем при известной концентрации равновесного газового потока Nc и динамического газового потока Nv с заданными динамическими характеристиками определяются коэффициенты B и C.

Таким образом мы показали зависимость напряжения от концентрации внутри датчика.

Как можно предположить, то наиболее оптимальным вариантом является получение достаточного значения концентрации при обнаружении газового потока. Если датчик точно наведен на поток, то для получения точных значений

Как видно из построенных графиков, то чем меньше угол между осью Х и вектором потока, тем лучшие значения концентрации мы получаем.

Самым оптимальным случаем является, когда углы отклонения стремятся к нулю, тогда угол раскрытия торцов (при симметричном раскрытии) можно изменять в диапазоне от 90 до 190 градусов. В этом случаи N1 изменяется в пределах 10 процентов от максимального значения, а N2 остается практически неизменной, достигая своего максимум.

Отношение разностоноо сигнала к суммарному не дает точной картины, поэтому этот коэффициент нежелательно использовать в роли основного.

Моделирование при небольших отклонениях имтируют колебания КА, погрешности при фокусировке на поток, неточности в обратной связи и т.п.. Отклонение на угол в 5 градусов ведет к уменьшению максимума в пределах до 5 процентов и смещению оптимального диапозона раскрытия торцов. Для этого случая диапазон

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

На текущей стадии были проанализированы несколько подходов к расчетам параметров среды и выявлен наиболее оптимальный.

Так же был разработан алгоритм моделирования, объединяющий локальные задачи в единую систему моделирования аэродинамического взаимодействия свободномолекулярного потока с объемом.

На следующем этапе планируется создать рабочую версию программы, основанной на языке программирования C.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Г.Н. Паттерсон. Молекулярное течение газов. М. Государственное издательство физико-математической литературы. 1960г.

2. Газодинамика разреженных газов. Под редакцией М.Девиена. М. Издательство иностранной литературы. 1963г.

3. Ю.А. Кошмаров, Ю.А. Рыжов. Прикладная динамика разреженного газа. М. "Машиностроение". 1977г.

4. Берд Г. Молекулярная газовая динамика. – М.: Мир, 1981.

5. "Моделирования аэродинамического взаимодействия свободномолекулярных потоков с конструктивными элементами" (отчет об исследованиях), 1997 г.

ПРИЛОЖЕНИЕ 3