针对无控飞行弹箭动态红外特征的数值计算问题,提出了一种计算其表面气动加热的数值方法。建立了155mm口径无控炮弹的六自由度刚体弹道仿真模型;取目标在亚声速、跨声速、超声速飞行状态下的弹道数据为来流条件,基于FLUENT进行了外流场数值模拟;分析了弹体表面压力、温度分布及驻点热流密度的变化规律,并与经验公式的计算结果进行了对比验证。结果表明,随着弹头曲率半径减小,驻点热流密度呈非线性增加趋势,马赫数越高,弹体表面的峰值压力和温度越高,且温度变化梯度越大;高温区集中于弹头及弹头部与圆柱部交接处,低温区分布在弹体尾部和底部,数值模拟与经验公式的计算值吻合较好。

塞块式瞬态量热计是气动加热地面模拟试验模型中表面冷壁热流主要测量手段之一,对塞块式瞬态量热计测试结果进行了误差分析,并采用有限差分原理,建立了数学分析模型,编制了瞬态量热计测量结果修正计算程序,并对一些典型的测试结果进行了修正和分析。

新型高速飞行器返回再入及在大气层内飞行的过程中面临多样化的气动加热环境,材料工艺的改进和多组分的添加使材料高温热响应特性变得更加复杂,并呈现多尺度特性.文章从飞行热环境、材料工艺特征和细微观响应等方面对材料防热机理和建模方法进行了阐述,对不同类型飞行器热环境特征与防热建模难点进行了分析,对各类防热材料工艺与热响应特点进行了总结,提出了防热建模分析中需要重点关注的几类问题并给出了典型的应用案例,最后重点介绍了基于微观的组分高温热物性预示方法和材料优化设计的案例与验证方法,以期对新型飞行器的防热设计有所助益.

以超音速巡航弹气动加热环境为应用背景,针对导弹整流罩分离用爆炸螺栓的热学响应特性问题,开展爆炸螺栓的热学性能模拟仿真和试验研究,分析爆炸螺栓在气动加热过程的温度分布规律,并对比分析仿真计算与试验结果。研究表明玻璃钢是一种很好的绝热材料,采用玻璃钢和隔热套等隔热结构的爆炸螺栓在气动加热环境中热安全性能良好,其内部的火工药剂装药几乎不会出现由气动热带来的意外发火问题。

随着高速飞行器技术在航空航天领域不断发展,气动加热现象也成为各国研究的热点问题,剧烈的气动加热造成飞行器结构的温度升高,产生热应力、热变形,改变结构的振动特性,对整个飞行器的结构安全造成威胁。本文介绍了气动加热、结构热传导、结构热响应的计算方法研究情况,为从事飞行器结构热防护设计提供一定理论支持。

针对高超声速目标的红外辐射特性计算困难的问题,提出一种修正的工程计算方法。在传统气动加热工程计算方法基础上,考虑高超声速大气环境的动态影响,采用大气高度作为修正因子,构建高超声速再入飞行器目标表面气动加热的温度动态变化算法,并对典型飞行条件下的高超声速目标红外光谱辐射特性进行了计算分析。

飞机电子设备舱内环境温度直接影响舱内设备的可靠性及寿命。严酷的气动热作用、舱体结构的复杂性以及换热方式的多样性使得高速飞机电子设备舱内环境温度监测具有较高难度。提出考虑气动热影响的整体热分析策略,求解高速飞机电子设备舱内环境,即利用气动加热工程算法与数值仿真联合获得设备舱外部环境温度,再将其作为边界条件,求解设备舱内部温度场。对典型高速飞机电子设备舱内环境温度进行了数值仿真,计算中考虑气动热影响,获得了电子设备舱内环境温度分布,并验证了分析方法的有效性。

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。

高超声速气动加热问题一直是高超声速飞行器设计中的关键,是气动布局设计、结构设计以及热防护选材等的重要依据。然而气动热的数值模拟受到网格尺度、数值格式等多种因素的影响,是目前计算流体力学的难点之一。本文选择典型的三维钝锥模型,主要围绕网格尺度、数值格式精度以及耗散对高超声速气动热问题展开相关研究。结果表明,随着网格雷诺数的不断增加,热流计算值呈现不断减小的趋势,在气动加热比较严重的部位,热流计算值对于网格尺度的敏感性更强;网格尺度较小时精度越高,热流计算越准确,而网格尺度较大时,具有高分辨特性的MDADF-HY格式更为占优;同时,适当的耗散也是数值格式能够准确计算热流的前提。

极高超声速流动激波层内的高温导致内能模态的激发并伴随热辐射发生,过高的温度使得空气分子完全解离,原子组分对辐射热的贡献将达到80%以上.本文基于优化的原子辐射模型,提出追踪光子-直接模拟蒙特卡罗(p-DSMC)方法,研究了稀薄流区不同马赫数下的高超声速二维圆柱绕流的壁面辐射加热,获得了有无激发辐射效应的壁面压力和热流以及沿驻点线变化的平动、振动和转动温度.在不考虑激发辐射效应的情况下,得到的壁面压力和热流与已有的模拟结果符合的非常好,误差均在5%以内,尤其是在驻点位置,误差在1%以内;获得的平动、振动以及转动温度均与文献结果符合的很好.在相同的来流条件下,考虑辐射效应后发现,来流速度低于10 km/s时,辐射加热不明显,在驻点区域,辐射加热占对流加热比重在7%左右;来流速度大于10 km/s时,在驻点区域,辐射加热占对流加热比...