陨石音爆研究思路及弹道靶试验

发布时间：2024-04-11 21:27

　　音爆是小行星进入大气过程中的重要现象和造成地面危害的因素之一。陨石音爆的形成机理与超声速飞机类似,但陨石飞行马赫数极高,存在复杂的超高速空气动力学问题,如极高速进入条件下的气动力与轨迹、气动加热与烧蚀、高温气体效应等,现有理论和模型尚不完备。本文提出了一种仿真和试验结合的陨石音爆问题研究策略,并介绍了弹道靶陨石音爆试验方法和初步测量结果,数据显示在3.5km/s速度和地表常压环境下, 50mm长的球头柱裙模型在距其约22倍特征长度位置产生的峰值超压达到约35kPa。采用理想气体假设的简化计算仿真得到的音爆波形与试验测量结果相似,但峰值超压高于实测结果。

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【部分图文】：

图1平面行波声压波形的畸变过程

经典的音爆传播模型,针对于亚声速和一般超声速均匀流动,采用小扰动假设将基本方程线性化(但是对于跨声速和高超声速流动,基本方程简化后仍然是非线性的),得到的表征扰动传播方向的特性线是一系列角度等于马赫角的平行线。而如前所述,实际超声速扰动波的传播速度是受到当地声压和扰动速度变化影响....

图2音爆传播问题分区计算策略

由于音爆研究空间尺度较大,当前主流的方法是将计算域划分为近中场和远场两个区域,如图2所示。近中场一般采用可压缩流动的CFD代码计算。远场计算以近中场CFD结果为输入条件外推到地表,其中涉及到压力波在分层大气的传输,风场和湍流、温湿度等的影响。远场的计算结果是评估音爆对地面人和建筑....

图3Cart3D软件AXIE模型音爆计算网格优化结果

音爆的飞行试验采用地面布设的麦克风测量超音速飞机以不同高度、飞行参数和气候条件下掠过时的信号,通过对比分析理解和研究音爆的特性,校核和改进预测方法。1950—2000年,美国针对飞机音爆先后开展了10余项试验项目。早期的试验研究主要验证Whitham理论关于N形波幅值和长度与飞机....

图4HFFAF弹道靶自由飞模型的纹影图像和音爆波测量结果

一是需要发展极高速条件下陨石近场流场和激波强度的计算模拟方法。陨石进入过程存在复杂的超高速空气动力学问题,如极高速进入条件下的气动力与轨迹、气动加热与烧蚀、高温气体效应等,而这些均属于当前空气动力学的难题。只有解决这些基础气动问题,建立相应的物理模型才可能较准确预测陨石近场激波结....

本文编号：3951170