复杂外形高速弹箭气动热计算技术

发布时间：2020-07-08 12:09

【摘要】：本文对复杂外形高速弹箭的气动热计算技术进行了研究,采用边界层外无粘流数值计算与边界层内工程算法相结合的方法,计算复杂外形高速弹箭表面热流密度分布。计算结果可为复杂外形高速弹箭气动热方案选型和弹箭表面防热设计提供技术支持。对于复杂外形弹箭气动热计算技术,工程算法和数值计算方法各有优势。工程计算仅适用于求解简单外形的气动加热情况,数值方法通过求解Navier-Stokes方程,能够处理复杂外形的气动加热问题,但是计算效率低。本文研究耦合计算方法将数值方法和工程方法的优点结合起来,适用于复杂外形弹箭气动热的计算,并且计算效率高、计算结果精确。首先,我们生成了复杂外形弹箭外流场的高精度结构化网格,采用二阶AUSM格式的有限体积方法对Euler控制方程进行空间离散,采用龙格-库塔格式进行时间离散,通过数值计算求解边界层外缘气流参数。然后编写接口程序,将边界层外缘计算结果作为输入参数代入气动热工程计算方法中,利用计算所得的边界层外缘参数寻找驻点位置,将弹箭外形的计算区域分为驻点区域和非驻点区域两个部分。驻点区域采用Fay-Riddell驻点热流密度公式,非驻点区域根据局部相似性原理,采用参考焓修正下的层流平板热流密度公式求解热流密度分布。为了验证无粘流数值计算与工程算法相结合的方法在高速气动热计算方面的有效性,以及本文程序的可靠性,本文对钝锥和钝双锥两个简单外形进行计算研究,通过与实验数据的对比发现,本文的计算结果与实验结果吻合良好，证明了本文所采用的方法在保证计算效率的前提下,具有良好的计算精度。最后,本文针对高速火箭弹外形进了计算研究,得到了火箭弹表面的热流密度分布,通过对计算结果的分析表明,本文采用的无粘流数值计算与工程算法相结合的气动热计算方法适用于复杂外形高速弹箭的气动热计算。
【学位授予单位】：南京理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TJ760.2

【相似文献】

相关期刊论文 前10条

1 薛鹏飞;龚春林;谷良贤;;基于轴对称比拟的气动热计算方法研究[J];计算机仿真;2012年06期

2 易龙;孙秦;彭云;;复合材料头锥结构气动热应力分析方法研究[J];机械强度;2007年04期

3 梅东牧;武哲;李天;;乘波飞行器的优化设计和气动热计算研究[J];航空计算技术;2008年06期

4 杨贝尔;陈晓东;漆斌;许凌飞;杨革文;;机载光学探测设备气动热噪声建模研究[J];上海航天;2013年05期

5 耿湘人;桂业伟;王安龄;;微型凸起物高超声速气动热特性研究[J];空气动力学学报;2006年02期

6 吴洁;阎超;;气动热与热响应的耦合研究[J];导弹与航天运载技术;2009年04期

7 李明;廖俊必;曾学军;祝智伟;张扣立;;风洞气动热试验外推关联参数初步研究[J];空气动力学学报;2010年05期

8 蒋军亮;成竹;杨志斌;;飞行器燃油系统气动热试验与数值分析研究[J];强度与环境;2011年04期

9 张向洪;伍贻兆;王江峰;;轴对称再入舱模型气动热特性数值模拟研究[J];应用力学学报;2012年03期

10 单永正;蒋甲利;许相辉;曹阳;;飞机模型蒙皮气动热风洞试验温度测量方法初探[J];科技创新导报;2012年28期

相关会议论文 前10条

1 朱辉玉;王刚;孙泉华;樊菁;;高超声速飞行气动热数值模拟的几个关键因素[A];第三届高超声速科技学术会议会议文集[C];2010年

2 孙海锋;夏新林;陈学;;气动热作用下高速飞行器红外热像模拟计算及试验验证[A];第七届全国青年计算物理学术会议论文集[C];2013年

3 张石玉;;气动热流辨识方法研究[A];北京力学会第18届学术年会论文集[C];2012年

4 刘洪;范绪箕;;飞行器超音速绕流流场气动热计算[A];自然、工业与流动——第六届全国流体力学学术会议论文集[C];2001年

5 吴大方;晏震乾;高镇同;杨嘉陵;梁伟;麦汗超;;高速飞行器瞬态气动热实验模拟系统及在航天航空工程中的应用[A];庆祝中国力学学会成立50周年暨中国力学学会学术大会’2007论文摘要集（上）[C];2007年

6 杨肖峰;唐伟;桂业伟;肖光明;杜雁霞;;探路者号火星探测器气动热和结构传热研究[A];中国力学大会——2013论文摘要集[C];2013年

7 杨恺;高效伟;;高超声速气动热环境工程算法研究[A];中国力学学会学术大会'2009论文摘要集[C];2009年

8 李君哲;阎超;桂永丰;涂正光;;气动热CFD计算的格式效应研究[A];计算流体力学研究进展——第十二届全国计算流体力学会议论文集[C];2004年

9 黎作武;;NNLD算法在高超声速气动热计算中的确认与验证[A];第七届全国流体力学学术会议论文摘要集[C];2012年

10 贺国宏;高晓成;庞勇;;高超声速再入体气动热环境数值模拟研究[A];第十届全国计算流体力学会议论文集[C];2000年

相关博士学位论文 前3条

1 潘沙;高超声速气动热数值模拟方法及大规模并行计算研究[D];国防科学技术大学;2010年

2 李昱霖;气动热结构多学科分析及高效优化策略研究[D];北京理工大学;2014年

3 胡锐锋;高速飞行气动环境、气动特性快速预测与应用[D];清华大学;2012年

相关硕士学位论文 前10条

1 许菁;火星进入舱气动热的数值模拟[D];北京交通大学;2016年

2 王志博;气动热与发动机热耦合对飞行器舵机舱内环境影响研究[D];华中科技大学;2014年

3 邵鹏进;复杂外形高速弹箭气动热计算技术[D];南京理工大学;2016年

4 高翔;攻角下高超声速弹头气动热和温度场的计算与研究[D];南京理工大学;2016年

5 薛文慧;气动热环境下共形整流罩热辐射特性研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

6 方磊;基于流线跟踪法的气动热工程计算研究[D];南京航空航天大学;2008年

7 李四新;高超声速稀薄过渡流气动热关联计算方法研究[D];中国人民解放军国防科学技术大学;2002年

8 李伟;高超声速飞行器滑移区气动热数值模拟研究[D];国防科学技术大学;2010年

9 凌应杰;高超声速气动热数值模拟研究[D];西安电子科技大学;2014年

10 张建伟;高超声速再入体气动热数值模拟研究[D];山东大学;2012年

本文编号：2746520