乘波体飞行器气动外形设计及其数值验证

作     者：赵博 

作者单位：哈尔滨工程大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王振清

授予年度：2013年

学科分类：08[工学] 082501[工学-飞行器设计] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

主      题：乘波体 锥导 吻切锥 数值模拟 气动性能 

摘      要：高超声速飞行器是二十一个世纪航空航天技术领域至关重要的发展方向。其中，乘波构型飞行器凭借其高升阻的优势而备受关注。乘波体是一种外形特殊的高超声速飞行器，它在高超声速飞行时就好像乘坐在激波面上。激波附着于乘波体的前缘，激波后的流场不会在飞行器上下表面间泄露，产生的高压区域集中在飞行器的下表面，所以这种构型飞行器具有很高的升阻比。 本文介绍了乘波体的设计方法和生成原理;结合泰勒—麦克科尔模型的特征线法理论，由激波面推算波后流场和物面，编制了流场计算程序，实现了高超声速圆锥流场的求解;并以此为基础，分别编写了锥导乘波体和吻切锥乘波体的设计生成程序。为了验证设计程序，本文对所设计吻切锥乘波体进行了三维流场的数值模拟;还通过对其进行了非设计条件下的全流场数值模拟，研究了其在非设计马赫数和不同攻角条件下的气动性能。 由模拟计算结果可以看出，本文编写的设计生成程序满足乘波体的设计原理，适用于设计生成简单的乘波体飞行器。在设计点时，激波贴附在所设计吻切锥乘波体的前缘激，下表面形成均匀的预压缩流场。在小于设计马赫数飞行时，乘波体可以保持良好的气动性能;乘波体的气动特性受攻角影响较大，其在较小正攻角飞行时气动性能最好。