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.     

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.     

弹翼表面气动加热和烧蚀现象的研究

为高超音速飞行的弹翼建立了气动加热及烧蚀的数学模型,并编制了计算软件,用于模拟高超音速穿甲弹弹翼前缘的瞬时热效应．所采用的理论、方法及计算结果对以后进行高超音速弹箭的研究有一定的参考价值。     

后缘舵机身干扰区气动加热机理及局部外形优化设计

后缘舵在机翼的遮挡下其热流峰值明显低于全动舵,但因其与机身、机翼均会发生干扰,其局部流动结构和热环境特性更为复杂。基于数值模拟方法及风洞试验开展了后缘舵/机身缝隙干扰区的气动加热机理研究,发现后缘舵在机身上的投影线处形成一条高热流条带,该热流条带上的热流干扰因子远大于压力干扰因子。数值模拟结果及风洞试验的纳米示踪的平面激光散射技术均表明产生这一现象的原因是气流在翼面迎背风压差的作用下穿过缝隙对机身与舵之间的漩涡产生抽吸,高温气体向机体下方运动在机身上再附形成高热流带。基于此分析,提出通过底面局部倒圆角、减小漩涡再附角度进而降低机身干扰热流峰值的局部外形优化方法。3个典型工况的数值计算结果表明,优化后的模型较原始模型峰值热流降热幅度达到了27%～31%,降热效果显著。     

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。     

飞行器气动加热烧蚀工程计算

高超声速飞行器设计时,为了对防热层气动热烧蚀情况及温度场进行快速预估,提出了集成气动热、材料烧蚀、瞬态温度场的耦合计算方法。通过算例对计算方法和程序进行了验证,表明该方法具有较高的效率和精度。在给定弹道条件下,实现了气动热、热防护材料烧蚀性能和弹体温度场耦合计算。通过该方法可以在高速飞行器设计阶段,快速计算出指定飞行工况下的防热材料烧蚀情况及温度场分布,为飞行器热防护层设计提供依据。     

反向喷流减小气动加热技术

反向喷流是抑制钝体头部气动加热的有效手段,研究钝体头部反向喷流流场具有重要意义。介绍了国外反向喷流减小气动加热技术的进展和研究方法、反向喷流抑制气动加热的原理、流场的稳定性对气动加热的影响及总压比（相对于自由来流）对气动加热的影响等。     

高超声速飞行器翼面气动加热的工程计算方法

翼面气动加热是高超声速飞行器面临的核心问题之一。文中基于参考焓法及经验公式,采用片条理论对飞行器翼面进行热流密度估算;考虑了不同飞行参数及翼型参数对翼面迎风面表面温度分布的影响;给出了高超声速飞行器翼面气动加热工程计算流程。采用文中方法,对高超声速飞行器常用的双凸形翼型进行气动加热计算,结果表明攻角、飞行马赫数、前缘后掠角、翼型相对厚度对翼面温度分布影响显著。该方法可用于高超声速飞行器翼面快速设计。     

导弹和航天运载器上升阶段的气动加热

本文介绍了大型导弹和航天运载器在上升阶段的气动加热计算方法,内容包括:气动加热计算的依据(飞行器几何形状、大气参数和弹道参数)、无粘流场计算、传热系数计算和壳体温度计算等。本文介绍的方法可以成功地用来预示上升段的气动加热。     

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。     

一种高升力高超声速飞行器气动布局设计概念构想

为提高飞行器性能和设计效率,降低设计盲目性和性能冗余度,对高升力、面对称高超声速飞行器气动布局、稳定性和与之相关的飞行控制三者之间的关系进行了论述,最后提出了一种引入稳定性和飞行控制因素的再入飞行器气动布局一体化设计概念,以满足高性能高超声速飞行器气动布局设计需求.     

气动加热对空空导弹内部电路的温度影响分析

空空导弹弹体尾部组件所处位置特殊,工作环境严酷,本文基于Flo THERM建立该组件的热仿真模型并进行计算分析,以明确气动加热对弹体内部电路的温度影响程度,为保证元器件留有足够的温升余量提供数据支撑。结果表明,受试产品内部电路的温升相对滞后,而壳体温度峰值时间为内部电路温升迅速变化的分界点,且随自主飞时间的延长温升越为显著。     

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。     

国外飞行器气动伺服弹性研究概况

简述了下列问题 :结构固有振动和非定常气动力计算方法 ;气动伺服弹性建模及模型简化 ;气动伺服弹性分析方法和计算机程序 ;结构 /控制一体化设计 ;气动加热对气动伺服弹性不利影响 ;气动伺服弹性分析和设计技术的应用情况     

推力室气动加热及结构传热耦合分析

采用再生冷却技术的推力室具有能量利用率高等的优点,但在高超声速流动中,非工作状态下的气动加热作用会对内部推进剂造成影响,是结构设计中必须考虑的环节.通过仿真手段探讨的侧向放置的推力室在无喷流状态下的气动加热及结构传热问题,时该类推力室适用范围的拓展有着重要意义.     

末敏子弹减速减旋弹道的气动加热

末敏子弹在火药燃气推力作用下从母弹舱内抛出后,其表面红外辐射主要源于减速减旋运动产生的气动加热。针对此问题,应用SIMULINK建立了末敏子弹减速减旋弹道的仿真模型,求解并分析了弹道诸元的变化规律。以部分弹道数据和气流参数为来流条件,利用FLUENT对其气动热进行了数值模拟,分析了不同飞行条件下的表面瞬态温度、压力分布规律。结果表明:末敏子弹在减速减旋段的速度较低,表面温度梯度较小,红外辐射特征较弱; 高温区集中在弹头附近、伞盘以及连接杆部位; 驻点温度的仿真结果与工程计算结果吻合较好。研究结论可为末敏弹的红外侦察预警仿真技术提供帮助。     

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%。     

跨大气层飞行器气动伺服弹性稳定性分析方法研究

跨大气层飞行器通常采用翼身组合体外形,机体结构柔性大,飞行控制系统通道之间交联耦合且通频带宽、再入扰动因素复杂、气动加热严重,上述因素可能导致气动伺服弹性或热气动伺服弹性问题。考虑外界干扰不确定性、飞行器模型摄动和控制通道耦合等因素,跨大气层飞行器需进行多通道交联耦合气动伺服弹性鲁棒稳定性分析。通过弹性飞行器动力学建模、非定常气动力拟合、伺服系统和飞行控制系统建模,建立了气动伺服弹性系统的闭环模型。在此基础上对Nyquist方法、最小奇异值法以及结构奇异值μ方法等气动伺服弹性稳定性分析方法进行了分析与讨论,得出相关结论。     

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。     

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。