复杂外形飞行器高温效应研究

发布时间：2017-09-26 20:38

  本文关键词：复杂外形飞行器高温效应研究

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【摘要】：高超声速飞行器在高超声速飞行时产生的高温使绕流气体属性改变而呈现高温效应,影响飞行器的气动热力学特性。为了更准确地预测飞行器在高超声速状态下的气动力及气动热,提高飞行器的稳定性和控制精度,本文开展了高温效应对复杂外形飞行器气动热力特性的影响研究。根据研究飞行条件范围及高温气体热化学状态分区,在课题组积累的以量热完全气体、5组分5反应为气体模型,采用AUSMPW+格式耦合隐式LU-SGS方法求解三维Navier-Stokes方程程序基础上,增加了壁面催化条件中的完全催化和非催化两种极限状态,完善了相应的高超声速高温流场的数值模拟程序HyCFD,并通过对若干经典高超声速高温流场算例的校验,验证了本文方法的可行性及可靠性。以十字型全动舵飞行器为研究对象,在大跨度飞行条件及多种飞行姿态下,探讨高温效应影响高超声速飞行器气动热力特性的关键影响因素及高温效应对高超声速飞行器气动热力特性的影响规律。研究表明:影响高温效应最关键的因素为速度和高度;高温效应缩短激波脱体距离,使物面温度及热流明显变小,而对流场的压力、速度分布影响不大;壁面催化条件主要影响热流,对局部壁面剪切力有所影响,而对总体气动力影响微弱;高温效应使飞行器升、阻力系数变小,舵面效率降低,使压心位置前移而产生额外的抬头力矩。高温效应是飞行器高超声速飞行时必然产生的现象,其研究结果对高超声速飞行器实现快速、精确、安全设计具有重要的意义。
【关键词】：高温效应 高超声速 气动特性 舵面效率 壁面催化
【学位授予单位】：上海交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：V211
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-14
• 第一章 绪论14-27
• 1.1 研究背景与意义14-16
• 1.2 研究现状分析16-23
• 1.2.1 问题研究现状16-18
• 1.2.2 方法研究现状18-23
• 1.3 本文的主要工作23-27
• 1.3.1 研究内容23-25
• 1.3.2 主要创新点25-26
• 1.3.3 章节安排26-27
• 第二章 高温效应基本原理及物理化学模型27-35
• 2.1 高温效应基本原理27-28
• 2.2 物理化学模型28-33
• 2.2.1 化学冻结、化学平衡和化学非平衡28-29
• 2.2.2 热力学平衡和热力学非平衡29-31
• 2.2.3 壁面催化条件31-33
• 2.3 高温效应主要现象33-34
• 2.4 本章小结34-35
• 第三章 数值计算方法及验证35-62
• 3.1 引言35
• 3.2 流动控制方程35-37
• 3.3 物理化学模型37-42
• 3.3.1 热力学模型37-39
• 3.3.2 输运模型39-40
• 3.3.3 化学反应动力学模型40-42
• 3.4 数值求解方法42-54
• 3.4.1 空间离散格式45-47
• 3.4.2 时间推进格式47-49
• 3.4.3 温度的非迭代求解49-50
• 3.4.4 初始边值条件50-54
• 3.5 壁面热流的计算54-56
• 3.6 计算方法的验证56-61
• 3.6.1 三维圆柱的流场计算56-59
• 3.6.2 三维钝锥的流场计算59-61
• 3.7 本章小结61-62
• 第四章 复杂外形网格生成方法62-67
• 4.1 外形几何建模62-64
• 4.2 网格划分策略64-66
• 4.3 本章小结66-67
• 第五章 飞行器高温流场的数值模拟分析67-90
• 5.1 飞行状态计算点的确定67-69
• 5.2 高温效应对飞行器局部流场细节影响69-77
• 5.2.1 头部流场69-72
• 5.2.2 缝隙处流场72-75
• 5.2.3 控制舵局部流场75-76
• 5.2.4 舵面处局部气动力76-77
• 5.3 温效应对飞行器总体气动特性影响77-87
• 5.3.1 高温效应对阻力系数的影响78-81
• 5.3.2 高温效应对升力系数的影响81-82
• 5.3.3 高温效应对升阻比的影响82-83
• 5.3.4 高温效应对舵效的影响83-87
• 5.3.5 高温效应对压心位置的影响87
• 5.4 本章小结87-90
• 第六章 总结与展望90-94
• 6.1 全文总结90-92
• 6.2 展望92-94
• 参考文献94-99
• 附录1 物理化学模型参数表99-101
• 致谢101-102
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文102

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1 张翔;复杂外形飞行器高温效应研究[D];上海交通大学;2015年

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本文编号：925627