气动布局技术是水平起降高超声速飞机研制的核心技术之一。具备水平起降、重复使用、高超声速长时间巡航能力的飞机是未来航空航天飞行器发展的重要方向,飞行速度需跨越亚声速、跨声速、超声速和高超声速,气动布局设计需在全包线范围具有良好的升力、阻力和力矩特性,设计难度极大。本文结合高超声速飞机的需求,针对宽速域气动布局设计存在的问题、难点和关键技术进行分析,为高超声速飞机气动设计提供参考。

高超声速技术是当前航天技术领域研究的战略制高点,而升力体布局的飞行器,由于具有有效的内部空间,良好的防热特性,飞行速度快和高超声速气动特性,逐渐受到各国的高度重视,本文利用CFD方法求解了某升力体布局的飞行器基本流场,并分析了攻角对气动力、气动热的影响。

升力体构型的尖锐边缘会产生恶劣的气动热环境,影响飞行器的结构强度并产生热应变和材料烧蚀现象,为此提出通过外切圆延伸钝化升力体的方法.对钝化前后构型进行数值模拟,通过灵敏度分析,研究钝化前后各设计参数对升阻比、壁面最大热流、容积、容积率的影响规律.以升阻比、容积、容积率的最大化为目标,优化未钝化外形.采用一致钝化法、非一致钝化法钝化优化后外形的尖锐边缘,分析钝化对气动力热特性的影响,对比2种钝化方法生成外形的气动性能差异.计算结果表明钝化不会改变设计参数对气动性能的影响规律.钝化半径越大,壁面最大热流密度越低,对热流的缓解能力越弱.边缘一致钝化后,下表面高压气体泄漏至上表面,升阻比下降,容积率升高.边缘非一致钝化后,相比未钝化外形,升力体下表面高压气体泄漏减少,升阻比略有升高,最大热流密度升高