考虑转捩影响的复杂外形火箭弹气动热快速计算研究

发布时间：2023-05-31 01:19

　　由于边界层内气体受到强烈压缩、气体与壁面存在剧烈摩擦,高超声速火箭弹在飞行过程中气动加热严重。为了有效、准确地评估高超声速火箭弹弹体表面的气动加热情况,本文在考虑边界层转捩与弹体表面防热层数值计算的影响下,通过边界层外数值方法与边界层内工程算法耦合计算复杂外形火箭弹的气动热参数,分析边界层转捩对物面气动热参数的影响规律。本文气动热采用基于无粘外流解与工程算法耦合的方法计算。耦合算法包括三个步骤,首先,采用纯数值方法计算无粘外流数值解,控制方程采用Euler方程,空间离散采用基于有限体积离散二阶迎风Roe格式,时间离散采用LU-SGS隐式格式;其次,采用工程算法计算边界层内的气动热,将无粘外流数值解的壁面参数作为边界层外缘参数,驻点区域采用Fay-Riddell热流密度公式计算,利用转捩准则确定非驻点区域边界层的转捩位置,在火箭弹非驻点区域层流段采用平板层流气动热计算公式,转捩段采用间断因子耦合计算气动热,湍流段采用平板湍流气动热计算公式;最后,采用一维导热假设,忽略防热层之间的接触热阻,建立防热层计算简化模型,将工程算法得到的热流密度作为求解导热微分方程的边界条件,模拟防热层非稳态传热...

【文章页数】：97 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 研究背景与意义
    1.2 国内外研究现状
    1.3 论文主要内容
2 基于无粘外流解与工程算法的气动热耦合计算方法
    2.1 无粘外流场数值求解方法
        2.1.1 流体力学控制方程
        2.1.2 网格的生成
        2.1.3 空间离散方法
        2.1.4 时间离散
        2.1.5 边界条件
    2.2 气动热工程算法
        2.2.1 驻点区域的判别
        2.2.2 驻点区域热流密度计算
        2.2.3 非驻点区域热流密度计算
    2.3 防热层的数值计算
    2.4 算例分析
        2.4.1 钝锥几何外形
        2.4.2 钝锥无粘外流场
        2.4.3 钝锥表面热流密度
        2.4.4 钝锥防热层温度
    2.5 本章小结
3 考虑边界层转捩的气动热计算
    3.1 无粘流线算法
        3.1.1 跟踪流线法
        3.1.2 几何流线法
        3.1.3 基于牛顿最速下降理论的流线追踪算法
    3.2 考虑转捩的气动热计算方法
    3.3 流线追踪算法验证
        3.3.1 M6机翼流线验证
        3.3.2 钝锥流线验证
        3.3.3 翼身融合体流线验证
    3.4 考虑转捩的气动热算例分析
        3.4.1 二维平板算例分析
        3.4.2 三维钝锥算例分析
        3.4.3 三维弹头算例分析
    3.5 本章小结
4 考虑转捩的复杂外形火箭弹气动热计算
    4.1 复杂外形火箭弹模型和气动热计算方法
    4.2 不考虑防热层的火箭弹气动加热计算
    4.3 考虑防热层的火箭弹气动加热计算
    4.4 不同来流时考虑防热层的火箭弹气动加热算例分析
        4.4.1 不同来流马赫数时火箭弹气动加热分析
        4.4.2 不同来流高度时火箭弹气动加热分析
        4.4.3 不同来流攻角时火箭弹气动加热分析
    4.5 本章小结
5 总结与展望
    5.1 全文总结
    5.2 研究展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：3825403