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空气动力学学报 2012年第5期30卷 634-639页

作者：代光月桂业伟国义军张勇童福林中国空气动力研究与发展中心

基于轴对称比拟概念,发展了一套笛卡尔坐标系下的高超声速飞行器气动热环境计算方法。首先利用有限体积法数值求解Euler方程获得较为准确的边界层外缘无粘流场参数,然后基于有限元的四节点单元变换方法,直接利用笛卡尔坐标系下的三维速... 详细信息

基于轴对称比拟概念,发展了一套笛卡尔坐标系下的高超声速飞行器气动热环境计算方法。首先利用有限体积法数值求解Euler方程获得较为准确的边界层外缘无粘流场参数,然后基于有限元的四节点单元变换方法,直接利用笛卡尔坐标系下的三维速度分量计算无粘表面流线和尺度因子;在获取无粘表面流线和尺度因子的基础上,利用Zoby、Moss和Sutton提出的热流公式计算表面热流,从而实现数值算法和工程算法的耦合。将上述方法用于求解球锥在攻角分别为0°、8°和16°时的表面热流,并将计算结果同经典流线法结果及实验值进行比较,从而对方法进行考核验证。结果显示:本文计算结果与实验值吻合的较好,计算精度较经典流线法有较大提高。

关键词：高超声速飞行器表面热环境轴对称比拟

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基于轴对称比拟的气动热计算方法研究

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计算机仿真 2012年第6期29卷 97-100页

作者：薛鹏飞龚春林谷良贤西北工业大学航天学院陕西西安710072

在气动热计算优化过程中,轴对称比拟法是非轴对称流场气动热估算的一种有效方法,传统的轴对称比拟法是在柱坐标系下推导和计算沿流线的尺度因子计算公式,计算变量之间的迭代过程非常复杂。为解决上述问题,采用一种新的轴对称比拟法,直... 详细信息

在气动热计算优化过程中,轴对称比拟法是非轴对称流场气动热估算的一种有效方法,传统的轴对称比拟法是在柱坐标系下推导和计算沿流线的尺度因子计算公式,计算变量之间的迭代过程非常复杂。为解决上述问题,采用一种新的轴对称比拟法,直接在直角坐标系中计算沿流线的尺度因子,计算过程大为简化。采用改进的流线跟踪法作为表面热流计算的推进格式,提高了计算的效率。以15°钝锥和双椭球为算例,计算结果与数值求解结果和风洞数据均较好地吻合,并且计算效率较高。

关键词：高超声速飞行器气动加热流线跟踪轴对称比拟

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基于轴对称比拟的高超声速复杂外形气动热预测方法研究

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航空计算技术 2014年第2期44卷 95-101页

作者：杨光达段焰辉蔡晋生西北工业大学流体力学系陕西西安710072

轴对称比拟法是高超声速飞行器气动热计算的一种有效方法。针对轴对称比拟法应用时公式推导繁琐、变量迭代复杂、计算量大的缺陷,直接在笛卡尔坐标系下采用三维线性方程拟合物面方程及流场变量,推导出相应的流线尺度因子计算公式,扩展... 详细信息

轴对称比拟法是高超声速飞行器气动热计算的一种有效方法。针对轴对称比拟法应用时公式推导繁琐、变量迭代复杂、计算量大的缺陷,直接在笛卡尔坐标系下采用三维线性方程拟合物面方程及流场变量,推导出相应的流线尺度因子计算公式,扩展了驻点区热流密度的计算方法,提出了一种驻点区下游流线推进格式。以改进的轴对称比拟法为基础,将边界层外无粘流场数值方法与边界层内气动热工程算法进行耦合,发展了一套适用于三维复杂外形飞行器的气动热计算方法。通过对球头钝锥和双椭球算例进行验证,结果表明:方法计算效率较高,适用范围较广,热流计算结果和实验数据吻合良好。

关键词：高超声速气动热轴对称比拟

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攻角下高超声速弹头气动热和温度场的计算与研究

攻角下高超声速弹头气动热和温度场的计算与研究

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作者：高翔南京理工大学

学位级别：硕士

针对高超声速领域出现的“热障”问题,精确预测高超声速弹头气动热和温度场变得非常重要。本文采用弹头外部气动热工程算法与弹头内部结构传热的数值计算相耦合,用于攻角状态下高速弹头气动热环境的快速预测。并研究基本外形的弹头气动... 详细信息

针对高超声速领域出现的“热障”问题,精确预测高超声速弹头气动热和温度场变得非常重要。本文采用弹头外部气动热工程算法与弹头内部结构传热的数值计算相耦合,用于攻角状态下高速弹头气动热环境的快速预测。并研究基本外形的弹头气动传热特性,所得结果能够为高超声速弹头气动热防护设计提供技术支持和参考。弹头外部基于普朗特边界层理论,采用工程方法计算边界层外无粘流场,修正牛顿理论和普朗特-麦耶尔公式计算弹头表面压力,通过弹头激波后气体参数采用等熵膨胀法确定边界层外缘参数。基于参考焓法下的热流经验公式,采用等价锥法和轴对称比拟法进行表面热流密度分布的计算。结合弹头材料属性,基于非结构化网格的有限体积法对非稳态导热方程进行数值离散,模拟弹头内部结构传热。将表面气动热工程算法和内部结构传热数值计算耦合,可得到高超声速弹头气动加热过程中任意时刻的表面热流密度分布和弹头温度场分布。首先,选取典型的球锥弹头模型进行算例验证,并分析攻角对弹头气动热环境的影响。然后根据遵头的基本外形,对比尖锥弹,小钝度球锥弹和大钝度球锥弹头气动热环境,分析弹头前缘对气动热的影啊;对比锥体外形和曲线回转体外形弹头气动热环境,分析弹头外形对气动热的影响。最后选取球双锥弹头模型进行算例验证,通过与实验数据的对比,对拐点区域做线性拟合,对比拐点不同的三种球双锥弹头气动热环境,分析拐点移动对钝双锥气动热的影响。验证典型球锥弹算例,说明两种工程方法能够准确预测球锥弹气动热环境,满足工程设计的需求;由于攻角的影响,发现迎风面热流密度远远大于背风面热流密度,弹体表面和弹体内部的等温线发生倾斜。增加尖的前缘相当于弹头增加一段高温区,而且会导致弹体整体热流和温度增加;曲线回转体型弹头锥面部分热流密度提高,温升较快,弹体整体温度有一定的提高,幅度较小。通过对拐点区域热流做线性拟合,修正后的方法能够准确预测球双锥弹气动热环境。双锥拐点前移,导致前锥体温升较快,而后锥体温升较慢,双锥拐点后移恰好相反;选择合适的拐点位置可以减小弹头驻点的最高温度,有助于改善气动热环境。

关键词：高超声速弹头气动热攻角状态等价锥法轴对称比拟

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高超声速飞行器表面热流密度工程估算方法研究

高超声速飞行器表面热流密度工程估算方法研究

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作者：汤海荣南京航空航天大学

学位级别：硕士

本文的主要目的是求高超声速飞行器的表面热流密度,采用了两种不同的方法:工程计算方法和数值计算与工程计算相结合的方法。对钝体驻点、尖锥体和钝锥体采用工程计算方法计算表面热流密度,本文针对尖锥-圆柱-裙锥轴对称外形采用数值求... 详细信息

本文的主要目的是求高超声速飞行器的表面热流密度,采用了两种不同的方法:工程计算方法和数值计算与工程计算相结合的方法。对钝体驻点、尖锥体和钝锥体采用工程计算方法计算表面热流密度,本文针对尖锥-圆柱-裙锥轴对称外形采用数值求解轴对称欧拉(Euler)方程结合工程计算方法计算了表面热流密度。热流密度的工程计算方法是基于普朗特边界层理论,由粘性边界层方程,通过理论和经验方法得到用于计算边界层向物体表面传热的热流密度公式,结合由边界层外的无粘流场确定边界层外缘参数的计算表面热流密度的方法。本文采用牛顿法、切锥法确定表面压力分布,利用激波后等熵条件确定边界层外缘参数,并对尖锥-圆柱-裙锥轴对称外形采用轴对称欧拉(Euler)方程的数值结果确定边界层外缘参数。对于有攻角的情况,本文采用轴对称比拟的概念,采用表面流线坐标系,在小横向流动假设下,将三维边界层方程简化为轴对称形式的边界层方程,并采用李斯(Lees)层流热流密度公式计算了有攻角轴对称球头锥体上的表面热流密度。

关键词：高超声速热流密度工程计算欧拉(Euler)方程轴对称比拟

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高超声速飞行器气动加热特性及其计算方法研究

高超声速飞行器气动加热特性及其计算方法研究

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作者：李会萍上海交通大学

学位级别：硕士

高超声速飞行对飞行器的气动性能以及防热提出了更高的要求。为了给飞行器设计提供准确的热环境特性,开展气动热特性的研究有十分重要的理论及工程意义。本文的目的是研究和发展高超声速飞行器气动加热热流密度的计算方法,特别是发展... 详细信息

高超声速飞行对飞行器的气动性能以及防热提出了更高的要求。为了给飞行器设计提供准确的热环境特性,开展气动热特性的研究有十分重要的理论及工程意义。本文的目的是研究和发展高超声速飞行器气动加热热流密度的计算方法,特别是发展快捷而有效的工程计算方法。本文的主要研究工作有: ⑴、综述了高超声速飞行器的发展情况、研究气动加热的必要性、国内外气动热研究现状。特别是对发展的各种高超声速气动热计算方法进行了系统的分析和总结。 ⑵、研究了求解高超声速飞行器表面热流密度的数值计算方法。利用CFD软件数值模拟高超声速空气绕流球体的层流流场。激波脱体距离、热流等数值计算结果与实验数据对比结果良好,分析了气体模型效应、网格分布、计算格式等因素对热流计算精度的影响,可以为CFD在热流计算中的广泛使用提供一定的依据和可靠保证。 ⑶、研究和发展了求解高超声速飞行器表面热流密度的工程估算方法。其中纯工程计算方法采用修正牛顿法确定表面压力分布,利用激波后等熵条件确定边界层外缘参数,综合了经典的通过理论和经验方法得到的驻点、非驻点层流及湍流的气动加热热流密度的计算公式。对于有攻角情况,采用了跟踪流线的轴对称比拟的工程算法。而边界层外缘无粘流场数值结果和边界层内粘性主导区域的工程计算相结合的方法,是在纯工程算法基础上的一种改进算法。本文首先改进了纯工程算法FORTRAN源程序的计算方法、输入输出、运行控制等功能,然后编写了接口程序,将数值求解无粘流场得到的流场参数与工程算法耦合起来。以半锥角15°的钝锥和钝双锥为算例,对这两种工程算法程序进行了验证,零攻角和有攻角下的气动热热流计算结果与实验数据吻合良好,进而分析了攻角等因素变化对气动热特性的影响。特别是边界层外缘无粘流场数值结果和边界层内粘性主导区域的工程计算相结合的方法快捷有效,较本文的纯工程算法提高了精度,较数值求解整个流场N-S方程节省计算时间。对准确计算全轨道飞行复杂形状高超声速飞行器表面的热流分布有更多价值,适宜高超声速飞行器方案设计阶段气动热环境预测需要。总之,本文所研究的方法是相辅相承、互相补充和互相验证的。对高超声速飞行器不同的设计阶段,可有所侧重的选择不同的计算方法。应将这些手段有机结合起来,综合分析这些手段取得的结果来解决问题。

关键词：高超声速气动加热热流密度轴对称比拟工程算法数值计算

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复杂外形高超声速飞行器气动加热快速预测方法研究

复杂外形高超声速飞行器气动加热快速预测方法研究

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第九届全国流体力学学术会议

作者：薛铖邓枫余雄庆覃宁南京航空航天大学飞行器先进设计技术国防重点学科实验室

在高超声速飞行器的初步设计过程中,轴对称比拟法是一种简单可靠的表面对流加热预测方法。本文借鉴有限单元法中的三角形板单元的位移函数在面积坐标系下拟合飞行器外形,在提高了几何外形适应性的同时不再依赖于无粘流场进行外形拟合;... 详细信息

在高超声速飞行器的初步设计过程中,轴对称比拟法是一种简单可靠的表面对流加热预测方法。本文借鉴有限单元法中的三角形板单元的位移函数在面积坐标系下拟合飞行器外形,在提高了几何外形适应性的同时不再依赖于无粘流场进行外形拟合;采用了简化的驻点区域气动加热计算方法,以克服驻点奇性;并结合无粘流场快速面元法,开发了一套具有较高外形适应性的高超声速飞行器对流加热快速预测软件。通过球头锥体及复杂外形飞行器算例的对比分析表明:本方法拥有较高的外形适应性及计算效率;计算结果与实验或UNLATCH3计算结果符合较好。

关键词：高超声速复杂外形气动热预测轴对称比拟面积坐标系

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