机械展开再入飞行器气动力及气动热特性仿真研究

发布时间：2020-06-17 02:21

【摘要】：本文以机械展开式再入飞行器为研究对象,采用数值模拟的方法研究了其气动力和气动热特性。目的是加深对机械展开再入飞行器这一新提出的再入返回方式的认识和了解,为未来机械展开再入飞行器的设计和应用提供技术支持和借鉴。首先简要介绍了本文数值模拟中的研究方法,具体包括CFD(计算流体力学方法)、DSMC(直接蒙特卡罗模拟)方法,并对本文计算所使用的软件做了说明,为接下来的气动力和气动热数值计算打下基础。其次说明了本文研究的机械展开再入飞行器的几何外形,通过流固耦合方法分析了其在最大动压弹道工况下的柔性面变形情况,在此基础确立了计算采用的简化模型;讨论了高超声速下的气动计算关键技术,明确了本文数值计算采用的热化学非平衡模型。然后通过CFD方法计算分析了连续流下不同速度和迎角下机械展开再入飞行器的流场特性、升阻特性和俯仰力矩特性,通过DSMC方法分析了稀薄大气环境下机械展开再入飞行器的流场和受力特性;在此基础上讨论了连续流过渡至稀薄大气段的气动力一致性问题。最后讨论了影响机械展开再入飞行器热流情况的几个主要因素,进而分析了高超声速情况下的热化学非平衡现象,在此基础上进一步分析了飞行器前端面主要部位的热流及总加热量。
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：V411
【图文】：

再入飞行器,充气式,飞行器,理论研究

图 1.1 充气展开再入飞行器式展开进入飞行器从上世纪 60 年代起就开始了相关的理论研究，直到上世纪等关键技术的解决成为研究的重点。美国在充气式展开方面处于领先地位。飞行器项目分为 IRVE 计划和 HEART 计划，到目前为止，IRVE 已经进行了三目前尚无发射试验。在 IRVE 的发射试验中，2007 美国进行了首次试验，IRV箭分离造成试验失败；2009 年 8 月 17 日，美国进行的第二次试验，IRVE-21 千米高空后，以超声速降落，不到一分钟，IRVE-2 被释放，充气系统开始工直径为 3m。在 80km 以大约 5.7 马赫的速度进行再入，在高度为 40km~80k量与采集，在 56km 高度上大气动压峰值为 1180Pa，在 45km 热流峰值为 2.2W初步验证了飞行器的充气过程和再入生存能力[4]。

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南京航空航天大学硕士学位论文数据，其中热流密度峰值为 14.4W/cm2，减速达行器也有其自身缺点，由于大气压力随着高度断地开启给结构充气以保证内部压力足够，满问题降低了再入系统的可靠性。另外现阶段充寸变大之后充气结构会更加复杂，折叠/展开的故美国于后期又提出了机械展开式进入飞行器展开进入飞行器研究目前处于起步阶段，完成划[8]、结构设计处于概念设计阶段。今后的研完成结构的设计、选型、优化，并通过试验飞行器主要由机械展开机构和柔性防热材料组成于雨伞。在发射阶段，机构和柔性防热材料处不会引起整流罩直径的增大，可以很好的适应

【参考文献】