攻角下高超聲速彈頭氣動熱和溫度場的計算與研究.pdf

1、針對高超聲速領域出現(xiàn)的“熱障”問題，精確預測高超聲速彈頭氣動熱和溫度場變得非常重要。本文采用彈頭外部氣動熱工程算法與彈頭內(nèi)部結構傳熱的數(shù)值計算相耦合，用于攻角狀態(tài)下高速彈頭氣動熱環(huán)境的快速預測。并研究基本外形的彈頭氣動傳熱特性，所得結果能夠為高超聲速彈頭氣動熱防護設計提供技術支持和參考。
　　彈頭外部基于普朗特邊界層理論，采用工程方法計算邊界層外無粘流場，修正牛頓理論和普朗特-麥耶爾公式計算彈頭表面壓力，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)?；趨⒖检史ㄏ碌臒崃鹘?jīng)驗公式，采用等價錐法和軸對稱比擬法進行表面熱流密度分布的計算。結合彈頭材料屬性，基于非結構化網(wǎng)格的有限體積法對非穩(wěn)態(tài)導熱方程進行數(shù)值離散，模擬彈頭內(nèi)部結構傳熱。將表面氣動熱工程算法和內(nèi)部結構傳熱數(shù)值計算耦合，可得到高超聲速彈頭氣動加熱過程中任意時刻的表面熱流密度分布和彈頭溫度場分布。
　　首先，選取典型的球錐彈頭模型進行算例驗證，并分析攻角對彈頭氣動熱環(huán)境的影響。然后根據(jù)彈頭的基

3、本外形，對比尖錐彈，小鈍度球錐彈和大鈍度球錐彈頭氣動熱環(huán)境，分析彈頭前緣對氣動熱的影響;對比錐體外形和曲線回轉體外形彈頭氣動熱環(huán)境，分析彈頭外形對氣動熱的影響。最后選取球雙錐彈頭模型進行算例驗證，通過與實驗數(shù)據(jù)的對比，對拐點區(qū)域做線性擬合，對比拐點不同的三種球雙錐彈頭氣動熱環(huán)境，分析拐點移動對鈍雙錐氣動熱的影響。
　　驗證典型球錐彈算例，說明兩種工程方法能夠準確預測球錐彈氣動熱環(huán)境，滿足工程設計的需求;由于攻角的影響，發(fā)現(xiàn)迎風面熱