激波层气体热辐射特性的计算

红外成像制导导弹在大气层内超音速飞行时光学头罩外存在激波层,为不均匀的高温气体介质。由其产生的热辐射将降低探测器信噪比,使红外图像发生畸变。为计算激波层红外辐射特性,首先采用Fastran流体分析软件实现球头外部流场的数值模拟,通过逐线计算法细致计算了外部绕流气体辐射特性,并模拟辐射传输过程,进而得到气体与光学头罩交界面上气体向光学头罩的光谱辐射亮度以及积分辐射亮度。     

多面体网格在推力矢量燃气舵气动特性计算中的应用

为考察多面体网格在燃气舵气动特性计算中的有效性,将多面体网格技术应用于推力矢量燃气舵的流场仿真计算中。计算了由多面体网格建立多个三维模型的气动特性,包括燃气舵单舵在不同舵偏角下的气动特性,以及4片舵片同时存在时的气动特性。将由多面体网格计算得到的气动数据与四面体网格计算得到的气动数据进行对比,结果表明,虽然由四面体网格转换得到的多面体网格对燃气舵周围的激波捕捉能力略逊色于四面体网格,但却能够大幅度减少网格数量,能用更少的网格数量、更少的计算机内存和更短的计算时长得到几近相同精度的计算结果。     

基于动网格CFD技术的膛口弹前激波流场数值模拟

针对数值模拟弹丸膛内加速运动造成的网格变化,采用分块网格划分的整体运动处理方法和基于动态层变方法的结构动网格技术,保证了数值网格的质量。模拟弹丸膛内运动的弹前激波流场,并描述了激波流场的形成,发展过程,实现了含运动弹丸的膛口激波流场模拟。数值计算结果与实验照片进行对比,弹前激波流场的形状和位置能较好吻合,表明数值模拟方法是合理可行的。     

含动边界的膛口流场数值模拟

膛口流场是一种非定常、多相并带有强激波间断和剧烈化学反应的复杂流场.采用基于局部网格重构法的非结构动网格技术处理弹丸运动造成的网格变化,给出一系列按时间顺序排列的膛口流场数值计算结果,描述了复杂的膛口流场形成发展过程,实现了含运动弹丸的膛口流场的数值模拟.结果表明,在弹丸射出初期弹丸在影响膛口流场的同时,也受膛口流场的影响,速度增加,弹丸穿出冲击波后,出现弹头激波,速度减小.计算结果与实验结果相符合,表明数值计算方法是合理可行的.     

超音速大攻角子弹药气动特性数值研究

子弹药从母弹中抛出时受诸多因素影响会发生翻转,其外弹道设计和计算需要研究其在大攻角情况下的气动特性。采用激波捕捉型和激波装配型两种网格,基于有限体积法求解积分形式的Navier-Stokes方程,使用可实现kε湍流模型封闭方程,对子弹药进行稳态数值模拟。得到其零升阻力系数随马赫数的分布规律,及马赫数为1.5时全攻角范围内的气动系数分布规律,使用数值纹影法显示流场特性随攻角的变化情况,结果采用Missile Datcom验证。     

超音速子弹在抛撒时的气动力学

在预测子弹在超音速气流中靠近母弹的空气动力学特性研究中,采用了两个子弹分离计算机程序。这两个程序中的母弹干扰流场都根据分别代表体积和攻角效应的线性变化源/汇和偶极子分布计算。考虑到母弹存在弓形激波,计算的母弹流场中包含有一个非线性修正量。使用当量流场方法逼近具有敞开舱室的母弹。为了获得子弹上的负载,使用了在等级上较低的和中等方法计算。在一个程序的低级方法中,在有母弹流场时,子弹的气动力和力矩使用细长体理论计算。在另一个程序的中级方法中,子弹用分布在弹体轴上的直线奇点或板块法模拟,把表面压力分布进行积分就获得了子弹上的负载。其中包括了反射激波影响。在两个程序中,尾翼力和力矩是根据含有逆流原理或板块方法的细长体理论计算的。就子弹在有封闭舱室和敞开舱室母弹情况下的力和力矩而言,这两种方法的计算结果与风洞试验数据比较吻合。     

激波绕射动态裂纹的数值模拟

文中通过耦合高精度加权本质无振荡格式和Level Set方法,实现了固体火箭发动机点火阶段运动激波与动态裂纹相互作用的数值模拟。考虑到移动网格技术在处理复杂界面以及界面拓扑变形时的困难,利用Level Set方法对不断推移的裂纹界面进行追踪,实现了运动激波同裂纹移动边界的耦合计算。计算得到了激波绕射裂纹的流场图谱,清晰的分辨出了激波在裂纹中的传播过程,并分析了激波在裂纹中传播引起压力振荡的机理。通过动态边界条件和静态边界条件计算结果的对比,探讨了引入移动边界计算的必要性。     

大型捆绑助推器气动干扰流场数值模拟

从三维薄层近似N-S方程出发,采用TVD差分格式,对某捆绑了2个大型助推器的运载器(RLV)流场进行了计算,得到了大型捆绑助推器真实复杂流场.数值结果表明在捆绑大型助推器后,在运载器头部附近产生了很强的弓形激波;数值结果也较好地反映了助推器的喷流与运载器芯级发动机的喷流相互干扰状况,为今后大型捆绑式可重复使用运载器的气动设计提供了理论依据和计算方法.     

基于多块结构重叠网格的电磁轨道发射器动态发射过程流场分析

为了研究电磁轨道发射器动态发射过程流场,采用多块结构重叠网格方法、六自由度运动模型和Java程序,建立了高超声速弹丸二维运动瞬态模型。以双椭球模型为研究对象,验证了所提出非定常计算方法和重叠网格数据交互可靠性。对电磁轨道发射器4种不同运动工况下弹丸动态发射过程流场进行了数值模拟。研究结果表明：电磁轨道发射器动态发射过程是含复杂激波系流场,涉及弹前激波、移动球心球形激波、冠状激波共同作用;弹前激波出膛口到弹体尾部出膛口过程中,弹体头部中点压力分布呈现“对称性”,阻力系数分布和弹体头部中点压力分布具有相关性,弹前激波出膛口后呈现先减小、后增大“弱对称性”,弹体尾部出膛口时达到峰值;弹丸在空气域运动时,近壁面压力监测点反射后峰值会超过初始监测点压力峰值,距离弹轴距离越远,反射周期越小,监测点峰值压力衰减越慢。     

冲压加速器冷态流场结构研究

为了获得冲压加速器内高速流场与弹丸周围激波结构的特性,采用高精度WENO计算格式求解二维可压欧拉方程,结合自适应网格加密技术(AMR)与沉浸边界法(IBM),数值模拟了冲压加速器冷态实验.结果表明,计算方法很好地描述了冲压加速器内部流场和激波结构,完整地呈现了弹丸周围激波的形成与发展过程及相关参数的变化情况,可以对冲压加速器冷态实验给予一定的指导与借鉴.