基于Fluent的高超音速共形整流罩面形设计

发布时间：2020-07-15 00:30

【摘要】：装有红外成像探测系统的飞行器在超音速飞行状态下,其前端的头罩前的气体受到强烈压缩,会形成很薄的激波层,激波层内飞行器受到的压强变大,温度也急速升高,产生的红外辐射导致探测器的信噪比降低,从而影响飞行器的红外探测和制导功能。传统的球型整流罩在高超音速飞行下,将会受到更大的空气阻力和复杂热,共形整流罩凭借流线型的轮廓和外形,可显著降低导弹的飞行阻力,缩短飞行时间,提高光学系统的环境适应能力。Fluent作为目前国内使用最多的CFD软件之一,有很强的仿真功能和适用范围,论文基于此软件对高超音速飞行器不同面型的整流罩开展外流场特性分析。基于Fluent仿真平台,根据有限元理论建立了外流场仿真模型,计算几种不同面型整流罩的高超音速外流场的空气密度场、压强场、温度场和热流密度场,通过仿真结果评价不同面型整流罩的外流场特性。基于Fluent仿真平台,建立了不同面型仿真模型,分析各面型因素对空气动力学性能的影响。针对离心率和长径比,研究二者与空气阻力系数间的关系。研究小攻角范围内双曲型整流罩的空气动力学性能。基于Zernike像差理论,研究整流罩内表面面型优化设计方法,设计了带有固定校正板的双曲型整流罩光学系统,设计后的系统结构简单且有效降低了整流罩引入的动态像差,对设计结果进行像质评价。
【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】：2018
【分类号】：V42
【图文】：

宇航,风洞实验,大学,实验室

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文人通过光学实验分析了平行光束通概念，首次展开对光学像差的研究场进行实验，实验结果总结了流场展，美国超高音速导弹性能评估中软件，能够有效的针对外冷绕流场发设计。美国的分析应用机构也开（GASP）、光程差（OPD）三个糊和偏移的预测和分析[6]。波音公司、圣母大学三方合作，利用Hartmann 波前传感器、宽带宽低分洞试验[6]如图 1-1，针对低速流场气

示意图,气动光学,实验室,美国

进行了亚音速风洞试验[6]如图 1-1，针对低速流场气动光学开展研究。图 1-1 圣母大学 Hessert 宇航实验室开展的风洞实验装置[6]2012 年 MengWang 等人发表文章，文章介绍了气动光学的数值计算方法，对亚音速流场边界层和飞行器周围流场的湍流现象展开研究[7]，指出当前研究现状下的关键问题是湍流流场有很大的不确定性，在文中讨论了削弱气动光学效应的方法，利用数值计算和模拟实验结合的方式对气动光学有了系统的研究。同年，美国机载气动光学实验室进行亚音速绕流飞行试验，装置如图 1-2，研究共形头罩在亚音速阶段的气动光学效应。

分布图,热辐射,接收面,探测器

哈尔滨工业大学工学硕士学位论文行研究[11]。研究内容包括建立气动光学整流罩热辐射传输的计算模型，并用有限光线代表连续的辐射环境，从整流罩发射后传输到光学系统内并最终到达探测上进行研究计算，得到探测器上辐照度的分布图。如图 1-3 是热辐射在探测器接面分布图。

【参考文献】