高超声速再入飞行器气动加热计算方法研究

气动加热计算是高超声速再入飞行器的关键技术之一.文中用CFD方法获取边界层外的无粘数值解,代人边界层内工程方法的计算公式,获得热流密度.驻点区热流密度计算采用Fay-Riddle公式,非驻点区采用Eckert参考焓方法.通过与风洞实验和纯粹数值方法的结果相比,验证了采用边界层外无粘数值解和边界层内工程算法相结合来计算飞行器表面热流密度的可行性.     

高超声速弹丸头部气动热研究

采用有限体积TVD差分格式求解三维欧拉方程,数值模拟了来流马赫数Ma∞大于5的弹丸流场.利用数值计算求得相关参量,并代入求解热流密度的经验公式,得出弹丸头部的热流密度和温度分布情况.此研究是计算热流密度的尝试.计算结果表明,求出的热流密度分布符合基本规律.     

高超声速气动热环境工程算法

对高超声速飞行器气动热环境工程算法进行研究.基于Prandtl边界层理论,将流场分为边界层外的无粘流场和边界层内粘性主导的区域,并将两者的工程算法相结合,发展了一套高超声速气动热的计算方法.对于无粘流区,边界层外缘参数的计算采用完全气体模型和平衡气体模型,利用等熵条件来确定;在边界层内部,基于参考焓方法,采用经典热流密度公式,确定物体表面的气动加热.采用此方法对一些简单三维外形进行了气动热计算,证明所述方法具有较高的精度.     

高超声速导弹头罩气动加热数值模拟

以某型中程弹道导弹头罩在工作时间内的气动加热为研究对象,采用数值求解N-S方程、k-ε湍流模型的方法,得到了导弹头罩温度、热流密度随速度变化的规律。结果表明:头罩在工作时间内随着导弹高度的上升和速度的增加头罩外部的温度增加,热流密度在速度为5 Ma时最大,驻点位置在头罩尖端。     

高超声速飞行器气动热利用方法研究

在调研国内外现有热电转换技术的基础上,探索了高超声速飞行器气动热的热利用难题。在现有直接类热电转换技术和热力循环类热电转换技术研究的基础上,提出了基于温差发电和有机朗肯循环热电技术相结合的组合型热利用方案。通过对组合型热电转换方案的热力分析表明,系统热电转换效率可达19.8%。     

高超声速激波/边界层干扰流动中的裂纹对气动加热率的影响

对下一代空天运输机的主机采用三角翼模型,分机用半球圆柱模型,进行了高超声速范围两个物体气动干扰流场的研究。探讨了主机一侧在激波/边界层干扰部位耐热瓦脱落形成裂纹时对气动加热率的影响。     

基于Reentry F的气动热工程方法及转捩研究

利用Reentry F飞行试验测量结果,应用变熵膨胀法及变熵流线法两种工程方法计算并与飞行结果比较,验证工程方法的准确性。同时利用数值模拟方法进行对比分析。通过对热流密度、转捩高度、转捩位置等参数的比较,研究边界层转捩判据的适用性。尽管与飞行试验结果存在一定的差异,但是在加热最严重的湍流区域相差很小,存在的差异不会对工程设计造成重大的影响。通过对转捩准则的研究,得到Reentry F适用的转捩判据。还需要在后续工作中进一步减小计算与飞行试验结果的差异,研究转捩准则的适用范围。     

类乘波体飞行器气动加热的T程计算方法

针对类乘波体总体优化设计的需要,采用参考温度法和经验公式,计算了类乘波体飞行器在助推段和巡航段的气动加热.利用气动加热、蒙皮表面热辐射以及蒙皮内部热传导建立了热流量方程,求出了机身驻点和机翼前缘在助推段的温度-时间历程,以及巡航段内机身机翼迎风面中心线上的温度分布.结果表明,助推段驻点温度上升很快,在巡航一段时间后温度逐渐达到平衡;沿机身方向边界发生转捩,转捩区内温度增加,高马赫数可推迟转捩点,大攻角则提前转捩点.该方法可应用于高超声速类乘波体飞行器的概念研究和多目标优化设计.     

高超声速飞行器翼面气动加热、辐射换热与瞬态热传导的耦合分析

为准确预测高超声速飞行器翼面的热环境以利于飞行器的设计。通过数值算例验证了基于参考焓法的气动加热工程算法的可行性;提出了一种高超声速飞行器三维翼面的气动加热、辐射换热、瞬态热传导的准定常耦合求解方法,通过与非耦合的气动加热、辐射换热及瞬态热传导方法相比,指出考虑耦合求解的必要性。在飞行器典型弹道飞行条件下,该耦合求解方法考虑气动加热、辐射换热、结构热传导耦合效应,实现了高超声速三维翼面温度的准确预测,该方法可用于高超声速飞行器气动热分析及热防护设计。     

HIFiRE-1飞行器激波与边界层干扰气动热研究

高超声速飞行器存在典型的激波与边界层干扰,由此产生的流动分离与再附会带来严重的气动加热问题。采用雷诺平均方法对HIFiRE-1飞行器激波与边界层干扰气动热进行了数值模拟。讨论雷诺数、马赫数等来流参数和飞行器裙体张角、裙体长度等结构参数对气动热的影响,并分析其影响机理。研究结果表明：柱裙拐角处由于存在边界层分离、再附及强烈的激波干涉,导致飞行器壁面存在严重的气动热问题,控制边界层分离和流场结构能有效控制飞行器壁面热环境。改变来流参数和结构参数会对边界层分离、再附和流场结构带来较大影响,具体表现为：来流雷诺数变化时流场结构变化较小,但会大幅度影响再附热流密度;来流马赫数变化时分离激波与飞行器壁面夹角发生变化,相应的气动热有较大变化;裙体张角变化时引起分离区尺度变化,进而改变壁面热流分布;裙体长度变化时影响边界层分离、再附特性,导致壁面热流分布发生变化。     

高超音速飞行器气动热研究进展

高超音速飞行器具有普通超音速飞行器无法比拟的优势,因而成为航空航天领域重要的发展方向。当飞行器高速飞行时,空气粘性作用将在机体上产生强烈的气动热,这给飞行器的安全造成严重影响,成为制约高超音速飞行器快速发展的瓶颈问题;无疑,掌握气动热变化规律是合理设计高超音速飞行器热防护的基础。本文从实验与数值仿真两方面系统地归纳、总结国内外学者在高超音速飞行器气动热方面的研究成果,并展望其未来的发展。     

气动热与热响应的耦合研究

气动加热会导致飞行器表面温度的剧烈上升,该问题及热防护问题已成为高超声速飞行器设如何正确模拟气动加热与结构热响应的耦合一直是工程应用领域的难点.针对该问题,提出了一种新方法,采用工程算法求解流场的气动热,并与结构热响应的求解实现紧耦合.选用二维圆管模型,验证了该方法的可行性.用该方法求解具有工程背景的三维算例,既保证了计算精度又节省了计算时间.     

高超声速助推飞行试验技术方案研究

以高超声速飞行器为有效载荷,进行了高超声速助推飞行试验技术方案研究,并通过分析气动力参数、设计变量参数的范围及约束条件,进行了助推弹道设计,确定了二级助推发动机设计要求,并利用调整发射俯仰角、滑行时间和配重物质量来调整助推弹道参数,将高超声速飞行器送入试验弹道．最后将计算结果与美国HyFly计划陆基发射试验的弹道实测数据进行对比分析．结果表明,设计结果与HyFly试验数据较吻合,验证了助推飞行试验技术方案的可行性与正确性．     

高超声速炮弹气动数值模拟

针对高超声速弹丸飞行阶段的计算研究中,除了对其进行气动热模拟之外,另一项重要任务就是气动力的计算问题,采用SST k-ω湍流模型,运用AUSM+格式对非定常三维可压缩流体进行了数值模拟,再现了高超声速条件下炮弹周围复杂的流动现象,得到了流场的分布规律.计算结果表明,在研究范围内,高超声速弹翼组合体数值计算结果与工程计算结果吻合较好,为进一步高超声速炮弹研究提供了技术参考.     

二维弹道修正弹修正机构气动特性研究

二维弹道修正弹气动力特性的研究是求解二维弹道修正弹弹道、分析二维弹道修正弹飞行稳定的基础,是实现精准控制、减小散布必要的理论支撑.该文对二维弹道修正弹的力学特性进行了分析,采用弹翼组合体气动特性工程计算方法,建立二维弹道修正弹气动计算模型,对二维弹道修正弹的升力和阻力进行计算.计算结果与CFD仿真结果对比,误差均小于1...     

太阳能热风采暖系统中岩石床蓄热特性研究

以太阳能热风采暖系统中岩石床为研究对象,建立岩石床的传热数学模型,模拟分析不同结构、材质对岩石床蓄热性能的影响;针对具体工程,应结合当地岩石种类,选取导热系数小,容积比热容大的岩石作为蓄热材料;当岩石大小不均匀时,应沿空气流动方向,按粒径由大至小的顺序摆放岩石;在一定条件下,岩石床堆放高度越高,蓄热速率越快,建议垂直摆放岩石。     

超燃冲压发动机二维进气道的遗传优化设计方法

基于一维分析方法和计算流体力学方法,提出了一种可以自适应搜索的遗传优化方法.选择总压恢复系数作为目标函数,进气道的增压比作为约束条件,对四楔角混合式二维进气道进行了优化设计.结果表明,该方法能够有效地降低计算成本,可以提升超燃冲压发动机进气道的设计水平,得到高性能的设计方案.