高升阻比乘波体气动特性研究

发布时间：2017-09-09 09:36

  本文关键词：高升阻比乘波体气动特性研究

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【摘要】：乘波体是一种“乘坐”在激波上的高超声速飞行器,具有高升力、低阻力和高升阻比的特点。通过优化乘波体的研究有望突破“升阻比屏障”,实现更加出色的气动布局。因此乘波体的设计与研究已经成为国际航空航天领域的热点之一,各个学科都将乘波体作为最新的高超声速飞行器的气动布局模型。首先详细介绍了乘波体的研究经历和国内外发展现状,通过分析不同流场生成乘波体的优缺点,得出生成乘波体模型的适用流场;选取来流马赫数Ma=6的圆锥流场为基准流场,利用四阶Runge-Kutta插值法计算锥形流场控制方程Taylor-Maccoll,得到激波角和流场流线方程;通过对选取自由来流的上表面方程与圆锥激波方程相交得到前缘曲线,采用反设计法建立了乘波体的数学模型。在应用计算流体力学对乘波体各参数分析的基础上,通过数值模拟计算出设计点及非设计点处乘波体气动特性随马赫数、迎角的变化规律,得到设计点处满足乘波体稳定飞行的速度范围,并证明了本文所用反设计方法理论的正确性。研究表明:乘波体的升阻比随迎角和马赫数的增加而增加,且增长率逐渐变小,最终趋于平稳;飞行高度不同对乘波体的气动特性没有明显的影响;马赫数Ma=6的锥导乘波体稳定飞行的速度范围是Ma=4.8~6.3。最后对乘波体进行前缘钝化,引入边界层理论进行网格划分,分析研究了不同钝化半径下设计点处乘波体气动特性以及非设计点处来流马赫数、迎角的变化对乘波体气动性能的影响,得到乘波体前缘表面最大温度;同时,综合气动性能、气动热和体积等因素得出最佳钝化半径方案。研究表明:前缘钝化的乘波体升阻比随迎角和的增加而增加;马赫数的增加对气动特性没有明显的影响;钝化乘波体表面的前缘尖端最大温度在1800K左右,前缘钝化的钝化半径为9毫米。
【关键词】：乘波体 高超声速飞行器 升阻比 圆锥流场 前缘钝化
【学位授予单位】：沈阳理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V211
【目录】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 绪论12-20
• 1.1 背景与意义12-15
• 1.2 乘波体研究的进展15-18
• 1.3 本文研究内容18-20
• 第2章 乘波体和基本流场简介20-35
• 2.1 乘波体的特点20-21
• 2.2 乘波体的种类及其生成原理21-32
• 2.2.1 ∧型乘波体22-26
• 2.2.2 锥导乘波体26-31
• 2.2.3 楔-锥形乘波体31
• 2.2.4 吻切锥乘波体31-32
• 2.3 乘波体数值模拟32-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第3章 基于锥形流场乘波外形的设计35-42
• 3.1 锥形流场的计算35-37
• 3.2 流线追踪37-38
• 3.3 上表面、前缘曲线及下表面的选取38-40
• 3.3.1 上表面的选取38-39
• 3.3.2 前缘曲线的选取39
• 3.3.3 下表面的选取39-40
• 3.4 生成外形举例40-41
• 3.5 本章小结41-42
• 第4章 乘波体数值模拟计算与速度范围研究42-62
• 4.1 数值模拟方法42-45
• 4.1.1 控制方程42-44
• 4.1.2 湍流模型44
• 4.1.3 乘波体模型网格划分44-45
• 4.1.4 边界条件的设定45
• 4.2 乘波体速度范围与气动特性研究45-46
• 4.2.1 研究意义45-46
• 4.2.2 计算条件46
• 4.3 无迎角计算结果与气动特性分析46-51
• 4.3.1 设计条件下(Ma=6, =0°)的乘波体气动特性46-48
• 4.3.2 非设计点处的乘波体气动特性分析48-51
• 4.4 有迎角下计算结果与气动特性分析51-61
• 4.4.1 迎角在-5°～10°范围内计算结果与气动特性51-56
• 4.4.2 5°迎角在不同马赫数下乘波体气动特性变化56-59
• 4.4.3 不同飞行高度下乘波体的气动特性变化59-61
• 4.5 本章小结61-62
• 第5章 前缘钝化对乘波体性能影响研究62-74
• 5.1 前缘钝化乘波体的模型建立与网格划分62-65
• 5.1.1 边界层简介62-63
• 5.1.2 前缘钝化乘波体的模型建立63-64
• 5.1.3 网格划分64-65
• 5.2 前缘钝化对乘波体气动特性影响分析65-70
• 5.2.1 不同迎角对乘波体气动特性影响分析65-68
• 5.2.2 不同马赫数对乘波体气动特性影响分析68-70
• 5.3 乘波体的表面温度数值模拟分析与最佳钝化半径选取70-73
• 5.3.1 乘波体表面温度数值模拟70-72
• 5.3.2 最佳钝化半径选取72
• 5.3.3 表面热响应与气动热防护72-73
• 5.4 本章小结73-74
• 结论74-77
• 工作总结74
• 研究结果74-75
• 创新点75-76
• 进一步开展的工作76-77
• 参考文献77-80
• 攻读硕士期间发表的论文和获得的科研成果80-81
• 致谢81-82

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本文编号：819678