为了研究逆向喷流主动流动控制及其减阻效率,建立了带逆向喷流的高超声速钝头体CFD数值模型。气动力分析采用基于有限体积方法的AUSM+空间离散格式和Menter's SST k-ω两方程湍流模型,喷口定义为压力入口。分析结果表明逆向喷流将弓形激波推离钝头体,降低了激波强度和气动阻力;喷流表现出两种模态,当喷流总压比低于临界总压比时,喷流呈现长穿透模态(LPM),高于临界总压比时,喷流呈现短穿透模态(SPM);在LPM和SPM各自的范围内增加喷流总压比和喷口尺寸均能提高逆向喷流的减阻效率;喷流从LPM转换为SPM时会出现气动阻力陡增现象。

采用本征正交分解(Proper Orthogonal Decomposition,POD)与Kriging代理模型相结合,建立快速求解气动热参数的降阶模型。引入一种基于换热系数的线性近似方法进行热边界传递,以减少因壁温变化引起的流场迭代。以三维翼面为例,对气动热的计算分析表明,利用POD-Kriging模型快速得到的翼面热流分布与计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法得到的热流分布平均误差在7%以下,而且随着POD基模态个数的提高,误差能够明显降低。结果表明该方法具有较好的计算精度,结合线性近似方法处理热边界,在不降低气动热计算精度的前提下,能够大幅度减少计算耗时。

针对火星和地球大气分子热力学和化学行为的差异性,采用理论分析和数值模拟两种手段,研究探测器进入过程高超声速流动的分子振动激发、离解反应及热力学和化学非平衡等真实气体效应,获得不同气体模型条件下的高超声速气动加热规律,探究引起地火差异的根本原因。分析认为,探测器进入火星大气层的稀薄气体效应明显;激波层内发生CO_2气体为主的大规模离解,在极高温环境下O_2和CO也将离解;沿进入轨道的高超声速流动基本处于化学非平衡但热力学平衡状态;激波层内能量储存和分配模式因分子振动激发和化学反应而改变,分子振动激发会增强气动加热量,但均介于化学反应模型的完全非催化和完全催化壁结果之间;相同来流条件下CO_2介质高超声速气动加热强于空气介质,但真实的火星进入热载荷因大气稀薄而弱于地球再入环境。相关研究为我国未来...

高超声速气动热现象复杂,是高超声速飞行器热防护设计的关键技术之一。提出了一种双向耦合的多场耦合模型,实现了高声速化学非平衡气动热与结构烧蚀一体化模拟方法。针对典型飞行器结构进行了高超声速条件下的数值模拟与分析,验证了一体化模拟方法与计算程序的有效性,表明其可为相关工程提供有力的分析工具。

当飞行器以高超声速飞行时,其前方的气体剧烈压缩和粘性阻滞引起热障问题。由于高超声速流中非平衡效应对气动热的影响很大,化学非平衡效应成为高超声速气动热领域研究的关键问题之一。本文简要介绍了非平衡效应和真实气体效应,在此基础上,综述了化学非平衡模型下气动热数值模拟的研究进展,包括真实气体效应、化学非平衡效应、化学反应模型、近壁面第一层网格高度对气动热数值模拟结果的影响,以及化学非平衡流条件下圆球高超声速绕流的激波脱体距离随马赫数的变化规律,该规律有待相关风洞试验的验证。文章最后指出湍流对化学非平衡效应的影响及辐射效应对气动热数值模拟的影响是值得关注的研究方向。

吸气式高超声速乘波飞行器作为可以高效飞行于临近空间空域的运载器,自概念提出以来一直受到世界各国的高度关注,并吸引着众多学者与机构对此开展研究。本文主要从高超声速飞行器发展动态及乘波式气动布局设计技术两个方面展开分析,前者主要包括超燃冲压发动机的发展历程和主要工业国高超声速项目发展动态;后者主要针对受到世界各国高度重视的乘波式气动布局设计技术,较全面地概述了乘波飞行器气动布局设计方法的最新研究进展,在乘波体设计流程、基准流场构建方法、基准流场求解方法、沿展向乘波布局设计方法和乘波体在高超声速气动布局上的应用等方面进行了详细讨论。根据本文综合分析,乘波式气动布局高超声速飞行器由于在高超声速飞行条件下具有优异的气动性能,仍然是高超声速飞行器一体化布局的重要候选布局形式,而且随...

返回式卫星进入地球大气层95km高度左右时,速度达到Ma>20,回收舱被高超声速稀薄来流形成的弓形激波环绕,气动加热问题非常明显,准确预测过渡流区的气动热成为一个十分突出的问题。过渡区由于气体空气分子仍然比较密集,基于分子动力学的直接蒙特卡洛模拟方法(DSMC)极其耗费计算资源,而求解Navier-Stokes(N-S)方程的方法误差较大。采用添加二阶滑移条件的N-S方程求解过渡流区气动热,并与开源DSMC2V程序计算结果对比,研究了舱体母线热流、压强系数变化;通过对比两种方法下舱体前缘弓形激波及流场参数变化,分析了滑移条件影响壁面和流场参数的机理。结果表明:回收舱再入过渡区时,钝头驻点区为高压、高热流区,锥身区气动热和壁面压强保持在较低水平。带滑移条件的计算机流体力学方法(ComputationalFluidDynamics,CFD)计算得到的热流、压强系数与DSMC结果吻合...

高超声速气动热预测技术是高超声速飞行器发展的关键技术之一。首先对国内外高超声速气动热预测方法进行分析,提炼出对飞行器气动热有影响的相关流场参数,并着重分析了边界层外无粘数值求解与边界层内工程方法相结合所需要的关联参数。然后基于神经网络来建立气动热流与关联参数之间的关系,并进行验证,提出了基于神经网络的即可快速计算又保证精度的气动热关联研究方法。

气动布局设计是机载高超声速飞行器总体设计的必要内容之一,轴对称旋成体布局作为一种机载飞行器应用的主流布局形式之一,有着极为重要的研究价值。本文从总体和气动的视角概述了三款使用轴对称旋成体布局的机载高超声速飞行器。分析了采用此种布局的飞行器在研发过程中可能遇到的难题和阻碍,并站在工程应用的角度给出了解决这些难题和阻碍的手段。最后,展望了轴对称旋成体布局的机载高超声速飞行器在未来的发展趋势,为国内机载高超声速飞行器的研制工作提供借鉴与参考。

由于高超声速飞行器长时间在大气层内工作会面临恶劣的气动热环境,飞行器结构地面模态试验必须考虑高温影响,但高温环境下结构模态试验远比常规试验复杂,目前仍存在很多技术难点亟待解决.本文首先对高温环境下的结构模态试验技术国内外发展现状进行了综述,详细分析了现有的高温环境下结构模态试验中的激励力与振动响应测量技术的特点及适用性,最后展望了高温环境下结构热模态试验技术的发展方向和研究重点.