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基于涡球模型的湍流气动光学效应预测方法

红外与激光工程 2012年第6期41卷 1401-1404页

作者：史可天马汉东中国航天空气动力技术研究院北京100074

气动光学效应工程预测中通常采用的RANS方法无法提供流场涡结构的细节,因而难以模拟脉动结构对光学传输的影响。改进了一种基于涡球模型的随机相位屏方法,根据流场的统计平均特性在其中布置涡球,以模拟瞬态涡结构分布对气动光学的影响... 详细信息

气动光学效应工程预测中通常采用的RANS方法无法提供流场涡结构的细节,因而难以模拟脉动结构对光学传输的影响。改进了一种基于涡球模型的随机相位屏方法,根据流场的统计平均特性在其中布置涡球,以模拟瞬态涡结构分布对气动光学的影响。改进的主要思路是建立涡球参数与流动统计特性之间的关联,应用涡球所在位置的密度脉动均方根值和脉动尺度确定涡球与周围流体的密度差和涡球的直径,避免了原有方法在脉动较弱的区域布置大尺度涡球的可能,更接近于物理实际。对可压缩剪切层流场光学畸变模拟的结果表明:改进后的随机相位屏方法得到的光学畸变程度与光强直接积分结果更为一致,相对原始方法,计算精度有明显的提高。

关键词：气动光学效应湍流涡模型成像畸变

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计算气动光学研究进展

空气动力学学报 2019年第2期37卷 186-192页

作者：史可天马汉东中国航天空气动力技术研究院北京100074

计算气动光学是采用数值计算的方法研究高速空气动力流场对光波传输和光学成像影响的一门交叉学科,在红外成像制导设计等工程应用中发挥着重要的作用。总结了计算气动光学研究的三种基本计算方法,包括基于CFD简化方法的光学统计估算、基... 详细信息

计算气动光学是采用数值计算的方法研究高速空气动力流场对光波传输和光学成像影响的一门交叉学科,在红外成像制导设计等工程应用中发挥着重要的作用。总结了计算气动光学研究的三种基本计算方法,包括基于CFD简化方法的光学统计估算、基于RANS流场的计算和基于LES/DNS瞬态流场的计算,对这三种计算方法的基本理论、计算过程进行了介绍,综述了新近的一些计算气动光学研究进展,最后指出了未来的研究重点和方向。

关键词：气动光学效应数值计算光学畸变湍流可压缩流动进展

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可压缩自由剪切流混合转捩大涡模拟

计算力学学报 2009年第5期26卷 745-750页

作者：潘宏禄史可天马汉东航天空气动力技术研究院北京100074

针对湍流气动光学效应与冲压发动机气体混合机理问题,开展了可压缩混合层流动空间模式大涡模拟和时间模式直接数值模拟研究。通过对流场(包含亚/亚混合、超/亚混合两种情况)失稳、转捩直至完全湍流的空间发展过程的研究表明,对流Mach数... 详细信息

针对湍流气动光学效应与冲压发动机气体混合机理问题,开展了可压缩混合层流动空间模式大涡模拟和时间模式直接数值模拟研究。通过对流场(包含亚/亚混合、超/亚混合两种情况)失稳、转捩直至完全湍流的空间发展过程的研究表明,对流Mach数0.4状态下流场失稳以二维最不稳定扰动为主;非线性发展中,基频涡对并及展向涡撕裂主控流动转捩,流场发生混合转捩;转捩后脉动流场基本达到局部各向同性,此时,湍流Mach数低于0.3,流动压缩性可近似忽略。

关键词：转捩湍流可压缩剪切层大涡模拟直接数值模拟

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可压缩算法在燃油冷却数值研究中的应用

推进技术 2018年第9期39卷 2028-2034页

作者：初敏陈思员史可天艾邦成中国航天空气动力技术研究院北京100074

为深入研究超燃冲压发动机的燃油主动冷却过程,在可压缩算法框架下,引入预处理技术、低耗散数值离散格式、一般流体状态方程、高压物性模型、燃油裂解模型等,发展了一套适用于求解一般流体低速可压缩问题的数值模拟方法。利用电加热管... 详细信息

为深入研究超燃冲压发动机的燃油主动冷却过程,在可压缩算法框架下,引入预处理技术、低耗散数值离散格式、一般流体状态方程、高压物性模型、燃油裂解模型等,发展了一套适用于求解一般流体低速可压缩问题的数值模拟方法。利用电加热管试验对数值方法进行了验证,并定量研究了PR-3燃油的冷却需求量及平板面板冷却槽道布置的影响。结果表明,数值结果与试验符合很好,证明当前数值方法在燃油冷却数值模拟中是准确有效的。针对350mm×90mm×6mm的平板面板冷却过程,需要约10g/s的燃油可确保1WM/m2热流下的防热安全。槽道布置对温度场影响明显,两侧进油方式比单侧进油的最大温差低约150K,均温性更好,更有利于降低结构热应力。

关键词：燃油主动冷却数值模拟可压缩算法预处理

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DNS/LES方法在剪切湍流模拟中的应用

空气动力学学报 2009年第4期27卷 444-450页

作者：潘宏禄史可天马汉东中国航天空气动力研究院北京100074

提出采用DNS/LES混合方法进行自由剪切类混合流动湍流研究,该方法兼顾了直接数值模拟(DNS)方法在转捩线性范围内的高精确度模拟和大涡模拟(LES)方法在转捩非线性及全湍流区的高效模拟两方面优点,通过对低对流Mach数流场计算表明该方法... 详细信息

提出采用DNS/LES混合方法进行自由剪切类混合流动湍流研究,该方法兼顾了直接数值模拟(DNS)方法在转捩线性范围内的高精确度模拟和大涡模拟(LES)方法在转捩非线性及全湍流区的高效模拟两方面优点,通过对低对流Mach数流场计算表明该方法可以较好地模拟流场的转捩过程。同时,文中还对比实验分析了湍流场对光学传输效应的影响,给出了与实验一致的结论。

关键词：转捩湍流可压缩剪切层大涡模拟直接数值模拟

基于波面拟合的可压缩剪切层气动光学效应分析

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空气动力学学报 2013年第6期31卷 758-762页

作者：史可天马汉东中国航天空气动力技术研究院北京100074

应用波面拟合技术建立了气动流场波面畸变特性分析方法,对可压缩剪切层流动引起的气动光学效应进行了分析。通过比较Zernike多项式展开系数的幅值分布,讨论了剪切层流动发展不同阶段的波面畸变空间尺度特性,与流场结构的空间尺度分布进... 详细信息

应用波面拟合技术建立了气动流场波面畸变特性分析方法,对可压缩剪切层流动引起的气动光学效应进行了分析。通过比较Zernike多项式展开系数的幅值分布,讨论了剪切层流动发展不同阶段的波面畸变空间尺度特性,与流场结构的空间尺度分布进行了对比分析。研究结果表明,应用波面拟合方法可以定量地描述波面畸变的空间尺度特性,流场结构的空间尺度及其分布是影响可压缩剪切层流场波面畸变的重要因素。

关键词：气动光学效应波面拟合 Zernike多项式像差

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光学头罩绕流流场气动光学效应数值模拟

红外与激光工程 2010年第1期39卷 6-11页

作者：史可天程晓丽马汉东中国航天空气动力技术研究院北京100074

以红外成像制导技术在高速拦截器上的应用需求为背景,进行了光学头罩绕流流场气动光学效应数值模拟。应用雷诺平均NS方程并选取了适当的湍流模型,对凹窗、凸窗和球头3种光学头罩的高速飞行器绕流流场进行了数值模拟,得到了绕流流场密度... 详细信息

以红外成像制导技术在高速拦截器上的应用需求为背景,进行了光学头罩绕流流场气动光学效应数值模拟。应用雷诺平均NS方程并选取了适当的湍流模型,对凹窗、凸窗和球头3种光学头罩的高速飞行器绕流流场进行了数值模拟,得到了绕流流场密度分布;研究了脉动流场引起的气动光学传输效应的计算方法,应用几何光学、物理光学和统计光学方法进行了光学传输效应计算,得到了点扩散函数,即像面光强分布。通过瞄视误差、Strehl比、含能半径等气动光学效应参数描述了流场引起的成像畸变,并分析了不同外形、飞行状态和光学系统参数对光学传输效应的影响。

关键词：气动光学效应光学头罩成像畸变点扩散函数

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针对气动光学效应的RANS计算方法研究

空气动力学学报 2013年第4期31卷 462-465页

作者：闫溟史可天马汉东中国航天空气动力技术研究院北京100074

针对气动光学效应研究的特殊需求,发展了相应的RANS计算方法。首先对常规湍流模型进行评估,选出对平均密度空间分布预测较好的湍流模型;同时发展了光波折射率脉动值的输运方程,用以模化脉动密度对光学成像的畸变效应。针对一典型光学头... 详细信息

针对气动光学效应研究的特殊需求,发展了相应的RANS计算方法。首先对常规湍流模型进行评估,选出对平均密度空间分布预测较好的湍流模型;同时发展了光波折射率脉动值的输运方程,用以模化脉动密度对光学成像的畸变效应。针对一典型光学头罩作为研究对象,运用本文发展的计算方法对光学窗口流场的气动光学效应进行了计算和分析。

关键词：气动光学效应湍流模式湍流脉动

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高焓加热实验壁面催化效应分析

实验流体力学 2019年第3期33卷 20-24页

作者：苗文博史可天欧东斌曹占伟艾邦成中国航天空气动力技术研究院北京100074 中国运载火箭技术研究院空间物理重点实验室北京100076

高焓地面加热实验中存在显著的壁面催化复合现象。热防护材料催化性能较低时,如果进行状态标定时不考虑壁面催化效应,将导致地面加热考核实验欠考核。基于平板加热实验,通过结构传热分析与地面实验数据对比,发展了高焓加热实验壁面催化... 详细信息

高焓地面加热实验中存在显著的壁面催化复合现象。热防护材料催化性能较低时,如果进行状态标定时不考虑壁面催化效应,将导致地面加热考核实验欠考核。基于平板加热实验,通过结构传热分析与地面实验数据对比,发展了高焓加热实验壁面催化效应分析方法。该方法可以评估加热实验状态典型热防护材料催化效应,从而为地面实验方案改进和完善提供技术支撑。通过分析发现,对于某热防护材料,催化效应使得真实受热仅为标定热流的85%左右,在采用铜制塞式热流传感器进行热流标定时,需要考虑催化效应加严考核条件,才能保证有效考核。

关键词：高焓加热地面实验催化效应热考核