零攻角高超声速粗糙元钝锥边界层绕流研究

发布时间：2020-12-02 19:07

　　粗糙元以及粗糙元对飞行器气动特性具有显著影响,本文采用直接数值模拟方法对零攻角条件下高超声速粗糙元钝锥边界层绕流问题进行了研究,钝锥模型的头部半径R_n=1mm,半锥角为6°,来流马赫数为6。通过研究表明:在钝锥头部存在激波,导致钝锥绕流周围的热力学参数发生明显的变化。当壁面存在凸起或者凹陷粗糙元时,壁面流动受到粗糙元的影响较大,同时产生激波和膨胀波,不同类型的粗糙元使产生的激波和膨胀波顺序和位置发生改变。当改变壁面温度边界条件时,可以发现等温壁面和绝热壁面两种边界条件下流场流动参数的变化基本一致。不同的是两种条件下在粗糙元位置处对壁面参数有很大的影响,等温壁面条件下比绝热壁面条件的壁面密度大很多,最大值相差10倍之多。等温壁面边界条件会使边界层厚度增大,特别是在钝锥头部、粗糙元位置处和钝锥尾部增加的更明显,边界层厚度平均增加约0.1mm。当改变飞行高度的时候,研究对整个流场、不同截面压强、壁面参数和边界层厚度的影响。研究表明:当改变飞行高度时,粗糙元位置处的飞行高度越高产生的激波越明显,并且对膨胀波有抑制的作用。飞行高度从20km增加到28km,边界层厚度增加幅度越来越大,在钝锥头部... 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：77 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

粗糙元的两种形式：K型和D型

可以将头部简化成展向无穷大的钝锥，如图2.1 所示是钝锥的一个三维结构，其中由展向无穷大的假设，其展向绕流参数基本不会发生改变，故可将该类的绕流问题简化为二维钝锥绕流问题。将计算模型设置头部半径

图 2.1 钝锥体三维模型 图 2.2 半钝锥二维模型2.2 网格生成2.2.1 代数法生成初始网格计算模型之前，需要确定计算域边界曲线。整体的计算域如图 2.3 所示，其中内边界为 2.1.2 节中图 2.2 所述的半钝锥表面，右上边界为垂直于钝锥壁面的直线，垂点距钝锥曲率转折点距离为4nR ，左下边界取钝锥头部曲线与外边界曲线当 x 轴的连线，由文献[48]可知，在超高音速流场中，在钝锥的头部会产生脱体激波区域，其形状与抛物线很相近，故本文将计算域外边界曲线定为抛物线形式，通过很多次的模拟验算，通过经验得出计算域外边界的曲线为：20.15 1.85s sx y （2-3）

【参考文献】：
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本文编号：2895587