三维可压缩流动的非定常分离及飞行器运动/流动耦合的非线性动态稳定性
发布时间：2022-01-16 19:59
临近空间高超声速滑翔机动飞行器是当前飞行器研制的一个重要发展方向,其机动飞行时具有如下特征：第一,由于飞行器需作滚动、侧滑、俯仰等机动动作,它诱发周围的空气流动是非定常的,因此飞行器的运动和流动是强耦合的,与此相关的气动力、气动热、流场的计算模拟以及实验都是动态的、耦合的非线性问题。第二,当飞行器进行有攻角飞行时,背风面和局部的物面折转处通常会出现非定常流动分离。什么是流动的非定常分离?它的性状与定常流动分离有何不同?它对飞行器的力、热及运动特征会产生怎样的影响?这些是需要研究的新问题。第三,在飞行过程中,希望飞行器的运动是稳定的和可控的,需要解决稳定和控制的耦合问题。因此,开展滑翔机动飞行的研究,要发展新的计算流体力学（CFD）的方法、新的实验方法和测量技术。同时也需要解决出现的两个重要理论问题：（1）什么是非定常流动的分离?（2）如何建立飞行器非线性动态稳定性的分析方法。本文就滑翔机动飞行中遇到的这两个问题进行了分析,发展了相关的理论和方法。非定常流动分离研究的主要内容是：流动在何时,何地发生分离与再附,分离线和再附线如何描述以及空间流态的发展情况如何?非定常流动分离可分为匀速运动...
【文章来源】：中国空气动力研究与发展中心四川省
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．?１?Ｘ－４３Ａ高超声速飞行器?图１．２战斗机況流结构示意图??
平衡化学反应的修正方程。其力、力矩系数不能再用飞机的静、动导数公式，应??该用实验或数值计算求解。这就要求建立一个数值解为主的非线性稳定性分析??体系。这一情况也促使我们研究临近空间飞行的稳定性。ＨＴＶ－２（图１．３促美国正??在研制的高超声速滑翔机动飞行器，图１．４给出了?ＨＴＶ－２的飞行轨迹图，它的第??－次试验失败就是因为拉起阶段的滚动发散问题Ｗ，可见人们对临近空间飞行的??稳定性还没有认识的很清楚。??综上所述，弄清楚什么是非定常的流动分离，给出其流动分离的判则、分离??的性状及建立临近空间飞行的稳定性分析方法有重要学术Ｗ及工程应用价值。??接下来回顾这两方面已有的工作。??Ｆ？ｒ？ｂｏ＾?ｖｏｒｔｋＭ??＾?ｐ＊ｎ？ｔｔ＊ｐ？ｆｉ６ｏｎ?ｔ?巧魔＾??獻：??图１．?１?Ｘ－４３Ａ高超声速飞行器?图１．２战斗机況流结构示意图??…／溫微．?＇－等??１＾＾?．、?Ａ?Ｓｖｉ?…，…Ｌ?－?一？＇?■??ｔ：—．．＇一Ａ?義—一——…―＇…－１??图１．３?ＨＴＶ－２高超声速飞行器?图１．４肌Ｖ－２计划的飞行轨迹图??§１．２分离流动的研究进展??分离流动在本质上是粘性流动和非粘性流动互相干扰的一类复杂流动。由于??分离面这一自由剪切层在有些流动中将不断地卷起、形成和发展成流场中的旋??２??
压梯度的阻滞，如果没有足够大的动量维持继续沿物面运动，质点就有可能停止??下来并在０点突然离开物面，其下游出现回流区，则称流动出现了分离。０点??叫做分离点，把来流和回流分开的流线ＯＡ叫做分离线，如图１．５。??梦腎－声－－??＾？?＿＿？??巧?—＾???？??Ａ?０?Ｓ??图１．５?Ｐｒａｎｄｔｌｅ分离模式??此后，许多学者为建立判别Ｈ维定常分离的模式进行了广泛深入的研究。代??表性的工作是ＭａｓｋｄｌＷ的包络模式和Ｌｉｇｈ化ｉｌｌ［７惭流线模式。包络模式认为分离??线是两侧极限流线的包络。基于送一模式，Ｍａｓｋｅｌｌ将所观察到的分离流动分成??了泡式分离和自由祸式分离。Ｌｉｇｈｔｈｉｌｌ流线模式认为分离线是一条流线，也是附??近其它极限流线的渐近线，它开始于鞍点型奇点，终止于分离结点。随后，一些??研究将拓扑分析方法和动力系统理论用于表面摩擦力模式的分析中。值得指出的??是，ｈｕｎｔＷ获得了Ｈ维流动上关于拓扑奇点的数目和类型的限制条件。Ｐｅａｋｅ?＆??Ｔｏｂａｋ［９］引用结构稳定性理论和分叉理论来描述不同条件下的表面摩擦力模式的??变化。与这些研究不同，Ｋ．Ｃ．ＷａｎｇＩｉ０Ｗｉ］认为表面摩擦力线的收敛不一定起源于??鞍点。并提出了开式分离的概念，认为分离点可Ｗ从一个正常点开始Ｗ。作为一??个新的发展
【参考文献】：
期刊论文
[1]The stability of rolling motion of hypersonic vehicles with slender configuration under pitching maneuvering[J]. YE YouDa,TIAN Hao,ZHANG XiaFeng. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(06)
[2]Effects of angle of attack on wing rock motion induced by the flows over slender body with low swept wing[J]. XU SiWen,DENG XueYing. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(04)
[3]The stability analysis of rolling motion of hypersonic vehicles and its validations[J]. YE YouDa,ZHAO ZhongLiang,TIAN Hao,ZHANG XianFeng. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(12)
[4]虚拟飞行中气动、运动和控制耦合的数值模拟技术[J]. 张来平,马戎,常兴华,赵钟,赫新. 力学进展. 2014(00)
[5]80°/65°双三角翼滚转稳定特性预测研究[J]. 陶洋,赵忠良,李浩,杨海泳,李玉平. 实验流体力学. 2013(06)
[6]窄条翼导弹模型摇滚特性试验研究[J]. 达兴亚,赵忠良,陶洋,杨海泳. 实验流体力学. 2012(06)
[7]DARPA披露HTV-2第二次试飞评估结论[J]. 李文杰,牛文. 飞航导弹. 2012(09)
[8]三维可压缩非定常流的壁面分离判据及其分离线附近的流动形态[J]. 张涵信,张树海,田浩,张来平,李沁. 空气动力学学报. 2012(04)
[9]翼身组合体摇滚特性高速试验研究[J]. 陶洋,赵忠良,杨海泳. 实验流体力学. 2011(06)
[10]80°后掠三角翼强迫俯仰、自由滚转双自由度耦合运动特性数值研究[J]. 杨小亮,刘伟,赵云飞,刘君. 空气动力学学报. 2011(04)
博士论文
[1]飞行器大振幅运动非定常空气动力特性研究[D]. 黄达.南京航空航天大学 2007
[2]细长机翼摇滚机理的非线性动力学分析及数值模拟方法研究[D]. 刘伟.国防科学技术大学 2004
本文编号：3593326
【文章来源】：中国空气动力研究与发展中心四川省
【文章页数】：141 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１．?１?Ｘ－４３Ａ高超声速飞行器?图１．２战斗机況流结构示意图??
平衡化学反应的修正方程。其力、力矩系数不能再用飞机的静、动导数公式，应??该用实验或数值计算求解。这就要求建立一个数值解为主的非线性稳定性分析??体系。这一情况也促使我们研究临近空间飞行的稳定性。ＨＴＶ－２（图１．３促美国正??在研制的高超声速滑翔机动飞行器，图１．４给出了?ＨＴＶ－２的飞行轨迹图，它的第??－次试验失败就是因为拉起阶段的滚动发散问题Ｗ，可见人们对临近空间飞行的??稳定性还没有认识的很清楚。??综上所述，弄清楚什么是非定常的流动分离，给出其流动分离的判则、分离??的性状及建立临近空间飞行的稳定性分析方法有重要学术Ｗ及工程应用价值。??接下来回顾这两方面已有的工作。??Ｆ？ｒ？ｂｏ＾?ｖｏｒｔｋＭ??＾?ｐ＊ｎ？ｔｔ＊ｐ？ｆｉ６ｏｎ?ｔ?巧魔＾??獻：??图１．?１?Ｘ－４３Ａ高超声速飞行器?图１．２战斗机況流结构示意图??…／溫微．?＇－等??１＾＾?．、?Ａ?Ｓｖｉ?…，…Ｌ?－?一？＇?■??ｔ：—．．＇一Ａ?義—一——…―＇…－１??图１．３?ＨＴＶ－２高超声速飞行器?图１．４肌Ｖ－２计划的飞行轨迹图??§１．２分离流动的研究进展??分离流动在本质上是粘性流动和非粘性流动互相干扰的一类复杂流动。由于??分离面这一自由剪切层在有些流动中将不断地卷起、形成和发展成流场中的旋??２??
压梯度的阻滞，如果没有足够大的动量维持继续沿物面运动，质点就有可能停止??下来并在０点突然离开物面，其下游出现回流区，则称流动出现了分离。０点??叫做分离点，把来流和回流分开的流线ＯＡ叫做分离线，如图１．５。??梦腎－声－－??＾？?＿＿？??巧?—＾???？??Ａ?０?Ｓ??图１．５?Ｐｒａｎｄｔｌｅ分离模式??此后，许多学者为建立判别Ｈ维定常分离的模式进行了广泛深入的研究。代??表性的工作是ＭａｓｋｄｌＷ的包络模式和Ｌｉｇｈ化ｉｌｌ［７惭流线模式。包络模式认为分离??线是两侧极限流线的包络。基于送一模式，Ｍａｓｋｅｌｌ将所观察到的分离流动分成??了泡式分离和自由祸式分离。Ｌｉｇｈｔｈｉｌｌ流线模式认为分离线是一条流线，也是附??近其它极限流线的渐近线，它开始于鞍点型奇点，终止于分离结点。随后，一些??研究将拓扑分析方法和动力系统理论用于表面摩擦力模式的分析中。值得指出的??是，ｈｕｎｔＷ获得了Ｈ维流动上关于拓扑奇点的数目和类型的限制条件。Ｐｅａｋｅ?＆??Ｔｏｂａｋ［９］引用结构稳定性理论和分叉理论来描述不同条件下的表面摩擦力模式的??变化。与这些研究不同，Ｋ．Ｃ．ＷａｎｇＩｉ０Ｗｉ］认为表面摩擦力线的收敛不一定起源于??鞍点。并提出了开式分离的概念，认为分离点可Ｗ从一个正常点开始Ｗ。作为一??个新的发展
【参考文献】：
期刊论文
[1]The stability of rolling motion of hypersonic vehicles with slender configuration under pitching maneuvering[J]. YE YouDa,TIAN Hao,ZHANG XiaFeng. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(06)
[2]Effects of angle of attack on wing rock motion induced by the flows over slender body with low swept wing[J]. XU SiWen,DENG XueYing. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2015(04)
[3]The stability analysis of rolling motion of hypersonic vehicles and its validations[J]. YE YouDa,ZHAO ZhongLiang,TIAN Hao,ZHANG XianFeng. Science China（Physics,Mechanics & Astronomy）. 2014(12)
[4]虚拟飞行中气动、运动和控制耦合的数值模拟技术[J]. 张来平,马戎,常兴华,赵钟,赫新. 力学进展. 2014(00)
[5]80°/65°双三角翼滚转稳定特性预测研究[J]. 陶洋,赵忠良,李浩,杨海泳,李玉平. 实验流体力学. 2013(06)
[6]窄条翼导弹模型摇滚特性试验研究[J]. 达兴亚,赵忠良,陶洋,杨海泳. 实验流体力学. 2012(06)
[7]DARPA披露HTV-2第二次试飞评估结论[J]. 李文杰,牛文. 飞航导弹. 2012(09)
[8]三维可压缩非定常流的壁面分离判据及其分离线附近的流动形态[J]. 张涵信,张树海,田浩,张来平,李沁. 空气动力学学报. 2012(04)
[9]翼身组合体摇滚特性高速试验研究[J]. 陶洋,赵忠良,杨海泳. 实验流体力学. 2011(06)
[10]80°后掠三角翼强迫俯仰、自由滚转双自由度耦合运动特性数值研究[J]. 杨小亮,刘伟,赵云飞,刘君. 空气动力学学报. 2011(04)
博士论文
[1]飞行器大振幅运动非定常空气动力特性研究[D]. 黄达.南京航空航天大学 2007
[2]细长机翼摇滚机理的非线性动力学分析及数值模拟方法研究[D]. 刘伟.国防科学技术大学 2004
本文编号：3593326
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