采用一体化耦合分析方法进行高超声速飞行器气动加热/结构温度场的耦合计算,其中流场和结构温度场均采用有限体积法计算,且共用交界面和节点以便于壁面热流和壁面温度的数据传递。结果表明在时间步长为0.001 s时即可获得收敛的耦合计算结果。此外随着耦合计算的进行,壁面压力分布基本无变化,壁面热流分布逐渐降低,壁面温度分布逐渐升高,且热流和温度的变化率逐渐减小。

随着临近空间高超声速技术的迅猛发展和临近空间高超声速导弹的装备使用,新的军事威胁已成为现实。由于临近空间高超声速导弹飞行弹道低且具有机动飞行的特点,需要对它进行实时探测跟踪才有可能对其飞行弹道进行预测。受地球曲率等因素的影响,地面雷达系统对临近空间高超声速导弹的探测距离有限,且组网探测对雷达数量需求庞大,因此卫星探测是一种较好的手段。对美国当前大力发展的海陆军通用型高超声速滑翔体(Common Hypersonic Glide Body,C-HGB)的红外辐射特性进行了初步分析,并结合高轨红外预警卫星的探测能力,初步分析了预警卫星对处于滑翔飞行阶段的C-HGB的可探测性。结果表明,当前的高轨红外预警卫星难以实现对处于滑翔段的C-HGB的探测,所以需要改进卫星红外探测系统或者组建低轨卫星星座。

文章简述典型火星进入器所面临的气动热环境,阐明在火星大气CO2介质下进行试验的重大需求以及建立火星热环境模拟及热防护试验方法的必要性;并对国内外进行的相关火星进入器热防护工程性和研究性试验进行综述,指出研究空气和CO2介质下的电弧加热器运行特性将对火星热防护试验提供必要的支撑,CO2介质下防热材料催化特性研究和先进测试技术(如TALIF、OES、HSC等)是未来发展的方向。

激波-激波干扰流场预测是超声速乃至高超声速流动中最具挑战性的问题之一.特别地,第Ⅳ类激波干扰由于其在壁面驻点附近产生极高的热载荷而备受关注.本文针对圆柱诱导的弓形激波和入射斜激波的干扰问题,分别基于量热完全气体模型和考虑振动激发的热完全气体模型,数值求解有黏二维可压缩NS方程,分析了高温气体效应对激波干扰流场结构,以及第Ⅳ类激波干扰流场状态参数的影响.接着,本文基于一种具有广义可分离特性的遗传算法(多层分块算法),给出能够预测不同气体模型下第Ⅳ类激波干扰流场三波点的坐标位置、超声速射流的几何形状等特征性几何结构的数学模型,进一步获得高温气体效应对激波干扰类型转变准则影响的定量化评估.激波干扰类型转变准则面上的多组临界工况的激波干扰流场结构以及壁面压力和壁面热流分布的对比结果表明,...

针对三维内转式进气道V字形唇口部位气动热载荷严酷的问题,将唇口简化为V字形钝前缘,在来流马赫数6条件下,采用数值模拟并辅以激波风洞实验,研究了气动热随前缘几何参数的变化规律.结果表明,在半径比R/r(根部倒圆半径R和前缘钝化半径r之比)和半扩张角β的联合作用下,V字形根部主要出现三种激波反射类型,其壁面热流峰值的位置和大小均差异明显.在(R/r,β)几何参数空间中,当R/r和β都相对较小时,V字形根部发生异侧激波规则反射,超声速气流冲击驻点附近壁面,并产生极其严酷的第一类中心热流峰值,最高可达相同钝化半径圆柱驻点热流的12倍.当R/r或β较大,V字形根部发生马赫反射时,异侧超声速射流对撞以及激波/边界层干扰分别导致了第二类中心热流峰值和外侧热流峰值,其严酷程度仅次于第一类中心热流峰值,采用R/r和β建立了第二类中心热流峰值和...

采用不同数值模拟方法,对双椭球外形高超声速绕流的气动热环境进行了模拟预测,对比分析了计算网格、数值格式、湍流模型等对计算结果的影响。数值模拟表明,双椭球超声速绕流在相贯线附近会发生激波与边界层干扰,引起分离旋涡并诱发流动转捩,从而改变边界层流动状态,并直接影响热流分布。层流和全湍流计算得到的热流分布与实验数据存在偏差,而转捩模式能够更为准确地预测热流分布;大涡模拟捕捉到了分离诱导转捩的时空发展过程,发现流场涡系结构的发展演化与热流分布具有直接相关性。

高超声速飞行器热防护结构的设计优化取决于对于飞行器气动热环境与结构内部温度场的准确预示,两者之间的耦合作用对此有着显著的影响。本文针对典型圆管绕流问题开展高超声速非定常流动与热防护结构传热耦合的数值计算。流场部分求解基于量热完全气体的三维粘性可压缩流动Navier-Stokes方程,固体部分求解瞬态热传导及结构响应方程获得结构温度场、热应力及应变。耦合计算采用分区迭代方法,在流-固交界面上进行壁面热流与温度的数据传递,实现了流体与结构的耦合计算。以典型圆管前缘风洞数据对上述多场耦合分析方法进行了验证,结果表明激波位置与壁面热流的计算结果与风洞试验结果一致。基于该方法对典型翼面结构在不同来流马赫数条件下的结构力热响应的模态特征。该方法能够对高超声速飞行器的气动力热载荷与结构传热的规律进...

锥柱裙类组合体类高超声速飞行器外部存在弓形激波,拐角诱发激波/边界层干扰,气动加热较为复杂。为深入研究此类气动热变化规律,采用CFD方法研究HIFiRE-1再入大气层气动热问题。结果显示,飞行器进入稀薄流区时,需重点关注鼻锥气动加热,而拐角气动加热不明显;进入稠密大气层后,飞行器拐角出现边界层分离与再附现象,且分离泡随着空气密度增大而逐步缩小,气动加热较为突出。

在导弹高速飞行过程中,光学头罩的温度受气动热效应作用而急剧升高,会产生严重的气动热辐射效应。为研究头罩气动热对玫瑰扫描光学系统的影响,建立了基于CFD流体仿真软件的头罩温度场模型。在仿真软件对光学系统结构进行三维建模后,通过光学软件对头罩热辐射对探测器的影响进行了仿真和计算。仿真结果表明:玫瑰扫描光学系统对头罩的温度梯度较为敏感,当头罩温度非均匀分布时,探测器会接收到气动热辐射干扰信号,对弱小目标的正常探测和提取产生干扰,气动热辐射效应不容忽视。

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。