攻角下高超聲速?gòu)楊^氣動(dòng)熱和溫度場(chǎng)的計(jì)算與研究.pdf

1、針對(duì)高超聲速領(lǐng)域出現(xiàn)的“熱障”問題，精確預(yù)測(cè)高超聲速?gòu)楊^氣動(dòng)熱和溫度場(chǎng)變得非常重要。本文采用彈頭外部氣動(dòng)熱工程算法與彈頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳熱的數(shù)值計(jì)算相耦合，用于攻角狀態(tài)下高速?gòu)楊^氣動(dòng)熱環(huán)境的快速預(yù)測(cè)。并研究基本外形的彈頭氣動(dòng)傳熱特性，所得結(jié)果能夠?yàn)楦叱曀購(gòu)楊^氣動(dòng)熱防護(hù)設(shè)計(jì)提供技術(shù)支持和參考。
　　彈頭外部基于普朗特邊界層理論，采用工程方法計(jì)算邊界層外無(wú)粘流場(chǎng)，修正牛頓理論和普朗特-麥耶爾公式計(jì)算彈頭表面壓力，通過彈頭激波后氣體參數(shù)采用

2、等熵膨脹法確定邊界層外緣參數(shù)。基于參考焓法下的熱流經(jīng)驗(yàn)公式，采用等價(jià)錐法和軸對(duì)稱比擬法進(jìn)行表面熱流密度分布的計(jì)算。結(jié)合彈頭材料屬性，基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的有限體積法對(duì)非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程進(jìn)行數(shù)值離散，模擬彈頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳熱。將表面氣動(dòng)熱工程算法和內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳熱數(shù)值計(jì)算耦合，可得到高超聲速?gòu)楊^氣動(dòng)加熱過程中任意時(shí)刻的表面熱流密度分布和彈頭溫度場(chǎng)分布。
　　首先，選取典型的球錐彈頭模型進(jìn)行算例驗(yàn)證，并分析攻角對(duì)彈頭氣動(dòng)熱環(huán)境的影響。然后根據(jù)彈頭的基

3、本外形，對(duì)比尖錐彈，小鈍度球錐彈和大鈍度球錐彈頭氣動(dòng)熱環(huán)境，分析彈頭前緣對(duì)氣動(dòng)熱的影響;對(duì)比錐體外形和曲線回轉(zhuǎn)體外形彈頭氣動(dòng)熱環(huán)境，分析彈頭外形對(duì)氣動(dòng)熱的影響。最后選取球雙錐彈頭模型進(jìn)行算例驗(yàn)證，通過與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比，對(duì)拐點(diǎn)區(qū)域做線性擬合，對(duì)比拐點(diǎn)不同的三種球雙錐彈頭氣動(dòng)熱環(huán)境，分析拐點(diǎn)移動(dòng)對(duì)鈍雙錐氣動(dòng)熱的影響。
　　驗(yàn)證典型球錐彈算例，說明兩種工程方法能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)球錐彈氣動(dòng)熱環(huán)境，滿足工程設(shè)計(jì)的需求;由于攻角的影響，發(fā)現(xiàn)迎風(fēng)面熱