为解决高超声速飞行器因承受巨大的气动阻力而严重影响其飞行性能的问题,采用计算流体动力学(CFD)数值方法研究了气动杆高超声速减阻机理,结果表明气动杆将钝头体前方原始弓形激波转化为类斜激波,降低了激波强度和总气动阻力;气动杆构型的再附激波强度弱于原始弓形激波强度,从而降低了钝头体前端的壁面压力分布;气动杆构型的总气动阻力主要来自于钝头体,且主要是由压力引起的。此外随气动杆长径比的增大,阻力系数降低的速率逐渐减小。

计算流体力学方法(CFD)模拟滑移流区高超声速气动热时误差较大,直接蒙特卡罗模拟方法(DSMC)耗费计算资源。考虑速度滑移和温度跳跃,采用带滑移条件的CFD方法对钝头双锥体绕流进行计算分析。采用添加2阶滑移条件的N-S方程,模拟双锥绕流气动热,并与DSMC结果和文献数据进行对比分析。结果表明:滑移条件使壁面热流分布更接近DSMC模拟值,并且在克努森数不太大的过渡流区仍保持较好适用性;在克努森数较大时,带滑移条件的CFD方法模拟的流场结构存在一定误差。

针对高超声速飞行器巨大的激波阻力,采用数值方法研究了由钝头体、气动杆和侧向喷流构成的组合模型的减阻性能。侧向喷流将弓形激波推离气动杆,组合模型的再附激波明显弱于传统气动杆模型,其阻力系数比气动杆模型低了33.52%,从而验证了本文组合模型优异的减阻效率。进行了组合模型的影响因素分析,随侧向喷流总压比和气动杆的长度的增加,再附激波强度减弱,减阻效率升高,但减阻效率的变化速率逐渐减小。随喷口位置向下游移动,再附激波逐渐增强,减阻效率降低,且减阻效率的变化速率逐渐增加。此外本文还研究了以上参数对流场结构及钝头体压力峰值位置的影响。