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不同尺度飞行器周围等离子体分布及电磁波传输效应

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兵工学报 2023年第6期44卷 1809-1819页

作者：高铁锁江涛傅杨奥骁丁明松刘庆宗董维中许勇李鹏中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所四川绵阳621000

研究气动电磁波传输效应对于评估和解决黑障问题具有重要意义。基于求解三维N-S方程及波动方程的数值方法,分析了天线位置、电磁波频率、飞行器特征尺度等因素对飞行器周围等离子体分布和电磁波传输的影响。研究结果表明:在同一再入条件... 详细信息

研究气动电磁波传输效应对于评估和解决黑障问题具有重要意义。基于求解三维N-S方程及波动方程的数值方法,分析了天线位置、电磁波频率、飞行器特征尺度等因素对飞行器周围等离子体分布和电磁波传输的影响。研究结果表明:在同一再入条件下,随着球头半径增加,飞行器周围电子数密度、等离子体鞘套厚度以及对电磁波的衰减也随之增大,影响天线附近等离子体分布的主要机制是NO电离反应;轴向天线位置和频率对电磁波衰减具有重要影响,可以通过提高电磁波频率和合理选择天线位置降低等离子体对通信影响;飞行器沿弹道再入过程中,等离子对电磁波的衰减出现峰值,高频电磁波的通信中断区间缩小;典型条件下等离子体分布及通信中断的预测与测量结果一致,该预测手段可为飞行器电磁通信系统设计提供技术支持。

关键词：高超声速飞行器等离子体电子数密度电磁波传输效应数值模拟

高超声速飞行器热喷高温燃气红外辐射特性数值模拟

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红外与激光工程 2022年第10期51卷 66-75页

作者：傅杨奥骁江涛刘庆宗丁明松李鹏董维中高铁锁许勇中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所绵阳四川621000

喷流反作用控制系统(Reaction Control System,RCS)热喷高温燃气辐射效应对飞行器光学探测跟踪具有重要影响。基于谱带辐射模型,通过求解带化学反应源项的三维Navier-Stokes方程和辐射传输方程,对高超声速飞行器喷流反作用控制系统热喷... 详细信息

喷流反作用控制系统(Reaction Control System,RCS)热喷高温燃气辐射效应对飞行器光学探测跟踪具有重要影响。基于谱带辐射模型,通过求解带化学反应源项的三维Navier-Stokes方程和辐射传输方程,对高超声速飞行器喷流反作用控制系统热喷干扰流场及其红外辐射特性进行了数值模拟,分析了二次燃烧效应、不同飞行条件以及不同观测角度对流场红外辐射特性的影响。研究表明:典型状态喷流辐射计算与实验测量结果一致,流场与红外辐射数值方法具有较好的适应性;飞行器RCS工作所形成热喷干扰流场的红外辐射,主要由喷流燃气中的CO_(2)和H_(2)O组分贡献,其中CO_(2)对辐射的贡献更大,流场中二次燃烧效应对流场辐射强度有显著影响,在20 km高度下可使流场辐射强度提高一倍以上;随着马赫数/高度的增加,流场辐射强度均呈现先略有减小,后增大的趋势,随着高度增加,二次燃烧效应对流场辐射强度的影响明显减弱;由飞行器RCS工作引起的辐射增量十分显著,俯视观测以及3~5μm波段的目标辐射强度最大。文中的研究结果可为飞行器探测跟踪提供参考。

关键词：高超声速飞行器喷流反作用控制系统喷流干扰二次燃烧效应红外辐射数值模拟

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热喷干扰气体模型对飞行器气动特性影响分析

力学学报 2022年第5期54卷 1229-1241页

作者：傅杨奥骁刘庆宗丁明松江涛李鹏董维中许勇高铁锁中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所四川绵阳621000

针对不同气体模型对高超声速飞行器喷流反作用控制系统(RCS)热喷干扰流场模拟的计算效率和准确性问题,基于喷流燃气物理化学模型,通过数值求解含化学反应源项的三维N-S方程,建立了飞行器RCS热喷干扰流场数值模拟方法,分别采用化学反应... 详细信息

针对不同气体模型对高超声速飞行器喷流反作用控制系统(RCS)热喷干扰流场模拟的计算效率和准确性问题,基于喷流燃气物理化学模型,通过数值求解含化学反应源项的三维N-S方程,建立了飞行器RCS热喷干扰流场数值模拟方法,分别采用化学反应流、反应冻结流、二元异质流以及空气喷流四种气体模型开展了典型外形热喷干扰流场的数值模拟,研究了不同气体模型对热喷干扰流场结构、飞行器气动力热特性的影响,分析了不同马赫数、飞行高度下的变化规律.研究表明:化学反应流模型计算精度较高,计算与风洞试验数据的吻合程度优于其他三种简化模型;在本文的低空条件下,采用简化模型进行热喷干扰流场数值模拟,会低估分离区大小,使飞行器气动力特性预测出现偏差,同时也会低估表面热环境,对防热系统设计不利,随着马赫数增加,简化模型对气动力热特性预估的误差进一步增大,同时不同简化模型之间的差异也进一步增大;飞行高度较高时,模型之间的差异减小,此时可采用简化模型进行计算以提高计算效率.本文的研究结果可为飞行器热喷干扰流场数值模拟及喷流反作用控制系统设计提供参考.

关键词：高超声速飞行器喷流反作用控制系统热喷干扰二次燃烧效应气体模型数值模拟

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烧蚀对再入体绕流电子数密度影响的数值研究

空气动力学学报 2009年第1期27卷 57-61页

作者：何开锋高铁锁江涛西北工业大学航空学院陕西西安710072 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

从化学非平衡NS方程或其简化形式(粘性激波层方程、PNS方程)出发,采用分区求解的方法数值模拟含泰氟隆烧蚀产物的高超声速再入体流场。首先计算分析了RAM-C飞行试验状态和一个考核算例,对计算方法和程序作了初步验证。其次耦合烧蚀壁面... 详细信息

从化学非平衡NS方程或其简化形式(粘性激波层方程、PNS方程)出发,采用分区求解的方法数值模拟含泰氟隆烧蚀产物的高超声速再入体流场。首先计算分析了RAM-C飞行试验状态和一个考核算例,对计算方法和程序作了初步验证。其次耦合烧蚀壁面边界条件和流体控制方程,采用19组分28个反应的化学反应模型,对有、无烧蚀情况下高超声速钝锥体再入绕流及底部流场进行了数值模拟,深入分析了烧蚀产物对再入流场电子数密度及温度分布的影响。

关键词：再入体底部流动电子数密度烧蚀泰氟隆

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高超声速电离绕流的数值模拟

空气动力学学报 2002年第2期20卷 184-191页

作者：高铁锁李椿萱董维中张巧芸北京航空航天大学北京100083 中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

本文从三维N S方程出发 ,采用隐式L U分解算法和 7组分 1 5个反应的化学模型 ,数值模拟高超声速电离空气绕流。首先采用对称TVD格式、AUSMPW +格式和VanLeer的矢通量分裂格式计算了高超声速球头绕流 ,并对它们的计算结果做了对比分析。... 详细信息

本文从三维N S方程出发 ,采用隐式L U分解算法和 7组分 1 5个反应的化学模型 ,数值模拟高超声速电离空气绕流。首先采用对称TVD格式、AUSMPW +格式和VanLeer的矢通量分裂格式计算了高超声速球头绕流 ,并对它们的计算结果做了对比分析。然后用前两种格式 ,对RAM C飞行试验模型三个再入高度 ( 81km、71km、61km)的流场进行了数值模拟。

关键词：高超声速电离绕流数值模拟化学非平衡流动电子数密度高超声速飞行器

带座舱飞船高超声速再入非平衡流场的数值研究

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空气动力学学报 2002年第2期20卷 239-245页

作者：董维中高铁锁中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

本文针对带座舱飞船高超声速再入大气层过程中存在的严重气动加热现象 ,利用简单隐式TVD差分格式和激波捕捉法 ,数值求解三维化学非平衡Navier Stokes方程 ,其中化学模型是 7组分 1 5个化学反应的空气化学模型 ,对带座舱飞船再入高度为 ... 详细信息

本文针对带座舱飞船高超声速再入大气层过程中存在的严重气动加热现象 ,利用简单隐式TVD差分格式和激波捕捉法 ,数值求解三维化学非平衡Navier Stokes方程 ,其中化学模型是 7组分 1 5个化学反应的空气化学模型 ,对带座舱飞船再入高度为 70km和速度为6 7km/s的化学非平衡流场进行了数值模拟 ,给出了带座舱飞船再入迎角为 0°,1 0°和 2 0°情况下的壁面热流。

关键词：带座舱飞船高超声速再入数值研究化学非平衡流热流 TVD格式

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有限空间中激波运动的数值模拟

航空学报 1993年第1期14卷 A001-A006页

作者：乐嘉陵高铁锁曹文祥中国空气动力研究与发展中心四川锦阳211信箱621000

采用一种有限体积的TVD格式模拟喷流产生的启动激波在有限空间内的运动过程。计算获得的激波运动过程与激波在大气中传播时的实验结果一致。在传播过程中出现涡环和多次激波。计算表明,在真空箱为正方体的情况下,激波管出口附近的压力... 详细信息

采用一种有限体积的TVD格式模拟喷流产生的启动激波在有限空间内的运动过程。计算获得的激波运动过程与激波在大气中传播时的实验结果一致。在传播过程中出现涡环和多次激波。计算表明,在真空箱为正方体的情况下,激波管出口附近的压力脉冲特性主要取决于有限空间的轴向长度。所得结果对毫秒级激波管喷流模拟装置的真空箱设计有参考价值。

关键词：激波管数值模拟激波反射

高超声速非平衡流场多个振动温度模型的数值研究

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空气动力学学报 2007年第1期25卷 1-6页

作者：董维中高铁锁丁明松中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

利用数值求解热化学非平衡Navier-Stokes方程的方法,建立了考虑一个和多个振动温度的高超声速热化学非平衡流场的CFD计算程序,并对半球模型和球锥模型进行了数值计算,研究结果表明:(1)各个分子组分的振动温度分布于考虑一个振动温度模... 详细信息

利用数值求解热化学非平衡Navier-Stokes方程的方法,建立了考虑一个和多个振动温度的高超声速热化学非平衡流场的CFD计算程序,并对半球模型和球锥模型进行了数值计算,研究结果表明:(1)各个分子组分的振动温度分布于考虑一个振动温度模型的振动温度周围,即一个振动温度模型的振动温度是多个振动温度模型的各个分子组分振动温度的一种平均值;(2)在模型身部,振动温度的峰值高于平动温度的峰值;在模型近尾出现振动温度冻结并高于平动温度。

关键词：高超声速流动非平衡效应振动温度

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热化学非平衡流动红外辐射计算分析

空气动力学学报 2008年第1期26卷 32-35页

作者：高铁锁董维中张志成中国空气动力研究与发展中心四川绵阳621000

首先通过求解热化学非平衡N-S方程的数值模拟方法,获得高焓风洞钝锥体模型的绕流及近尾的高温流场参数。然后从辐射传输方程出发,采用带辐射模型,并利用所获得的流场参数,计算分析了高温流场在λ=3μm-6μm红外波段的辐射,计算和测量结... 详细信息

首先通过求解热化学非平衡N-S方程的数值模拟方法,获得高焓风洞钝锥体模型的绕流及近尾的高温流场参数。然后从辐射传输方程出发,采用带辐射模型,并利用所获得的流场参数,计算分析了高温流场在λ=3μm-6μm红外波段的辐射,计算和测量结果具有较好的一致性。该项研究为今后进一步研究高温非平衡气体辐射特性奠定了基础。

关键词：红外辐射热化学非平衡流组分高焓风洞