高超声速能量沉积减阻与气动热数值模拟研究

发布时间：2017-10-27 01:01

  本文关键词：高超声速能量沉积减阻与气动热数值模拟研究

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【摘要】：能量沉积减阻方法是在飞行器上游流场中添加能量,使来流在飞行器前方提前分流,形成低压区域,进而改变流场结构,实现减阻的目的。能量沉积减阻技术具有可控、稳定、不改变飞行器气动外形及减阻效果好等优点,被认为是一种非常有前景的减阻方式,受到越来越多的关注。热源强度、位置以及飞行攻角是影响能量沉积减阻效果的重要因素,研究这些因素对于获得较高的减阻率、能源效率以及飞行器热防护具有重要意义。本文采用标准k-ε湍流模型,通过求解Navier-Stokes方程对高超声速飞行器绕流流场进行了数值模。通过在飞行器模型前方模拟高温热源形成加热区域,实现能量注入,在此基础上对在6.5马赫来流下的半球体模型和升力体模型的飞行过程进行了数值模拟,分析了能量沉积减阻的原理,考察了热源强度、热源位置以及飞行攻角等因素对升力飞行器气动阻力的影响。研究表明:能量沉积方法通过破坏弓形激波结构能够显著减小激波阻力,但是对于迎风面过大造成头部激波阻力占比过小的情况,该方法的减阻效果并不理想;随着热源强度增大,热源激波与飞行器初始激波的耦合增强,减阻率增大但增幅减小,当热源强度增大到一定值后,减阻率基本不再增加;热源注入流场的能量被飞行器附近流场吸收,提高了飞行器近壁温度;热源距飞行器前端驻点的距离对减阻有显著影响,存在最优距离;飞行攻角变化时会改变迎风面积以及弓形激波流场与加热区域流场相互作用的位置,从而影响减阻效果,减阻率随着飞行攻角增大而减小,当攻角增大到一定值时,能量沉积方法会失去减阻作用。本文研究成果为能量沉积方法在高超声速飞行器减阻及降热研究提供重要的理论依据及借鉴,具有一定的理论意义和工程应用价值。
【关键词】：高超声速 减阻 能量沉积 能源效率
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V212
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-16
• 1.1 研究背景9-12
• 1.2 国内外的研究现状12-15
• 1.2.1 国外研究现状12-14
• 1.2.2 国内研究现状14-15
• 1.3 主要研究内容15-16
• 第2章 高超声速绕流的数值模拟理论基础与数值方法验证16-32
• 2.1 引言16-19
• 2.2 控制方程19-23
• 2.2.1 直角坐标系下的控制方程19-21
• 2.2.2 控制方程的无量纲化21-23
• 2.3 湍流模型23-25
• 2.4 空间离散25-26
• 2.5 时间离散26-29
• 2.6 数值方法验证29-31
• 2.7 本章小结31-32
• 第3章 钝头体能量沉积减阻的数值模拟研究32-39
• 3.1 引言32
• 3.2 钝头体绕流流场数值模拟32-38
• 3.2.1 计算模型及参数32-33
• 3.2.2 计算结果与分析33-38
• 3.3 本章小结38-39
• 第4章 升力体能量沉积减阻的数值模拟研究39-57
• 4.1 引言39
• 4.2 升力体模型简介39-40
• 4.3 热源强度的影响40-47
• 4.3.1 计算模型及参数40-41
• 4.3.2 计算结果与分析41-47
• 4.4 热源位置的影响47-52
• 4.4.1 计算模型及参数47
• 4.4.2 计算结果与分析47-52
• 4.5 飞行攻角的影响52-56
• 4.5.1 计算模型及参数52
• 4.5.2 计算结果与分析52-56
• 4.6 本章小结56-57
• 结论57-58
• 参考文献58-62
• 攻读学位期间发表的学术论文62-64
• 致谢64

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 方娟;洪延姬;李倩;;单脉冲激光能量沉积对超声速钝头体波阻的影响[J];光电子.激光;2012年06期

2 方娟;周明熙;刘双利;张薇;;单脉冲激光减小超声速飞行器波阻的实验研究[J];激光杂志;2014年02期

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本文编号：1101202