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。

超声速导弹飞行时面临严重的气动加热,弹头的热应力分析对其安全性至关重要。本文设计了导弹弹头的几何结构,采用四面体单元对其进行离散;考虑了SiC陶瓷材料性能随温度变化的影响,以4.3 Ma飞行环境的气动热为边界条件,建立了其热应力数学模型,进行了温度场与应力场的计算分析。结果表明,超声速弹头的气动热对结构的应力影响较大,驻点温度快速升高导致局部应力集中。本文研究结果可为超声速弹头的结构设计提供理论和数据参考。

本文基于经典梁理论(CBT),研究了在高超音速作用下,活塞气动力理论的非线性效应对纤维增强功能梯度材料(FGM)的颤振特性的影响。首先通过混合率模型来表征纤维增强FGM梁的材料属性,然后通过Hamilton原理推导出只考虑横向振动的纤维增强FGM梁的非线性气动弹性偏微分方程,利用Galerkin方法,把该方程转化为非线性常微分方程,再利用Hurwitz行列式,把该方程的求根问题用以判定Hopf分叉,得到不同温度应力下梁的无量纲临界流速和无量纲临界频率。最后通过Runge-Kutta法得到纤维体积分数和无量纲温升对无量纲临界动压的影响。

基于可压缩Naiver-Stokes方程，研究了低真空管道条件下管道面积、管道压力对磁浮列车气动特性的影响。研究结果表明:磁浮列车在低真空环境和明线运行环境下流场具有相似性，列车与管道之间的环状空间类似于拉瓦尔喷管，具有膨胀加速或压缩减速的流动特性，磁浮列车速度达到临界速度时，磁浮列车尾部会出现激波。磁浮列车的气动力随着管道面积的减小而增大，磁浮列车尾部出现激波后，尾车的气动力会剧增。磁浮列车的气动力系数随着管道压力的增加下降，但管道压力变化大时，导致雷诺数变化大，从而列车的气动力系数有较大不同。