考虑随机和认知混合不确定性的CFD模型修正方法

针对随机和认知混合不确定性下的CFD模型修正问题,提出了一种融合混合不确定性量化、全局灵敏度分析、参数修正的模型修正架构,建立了基于证据理论的混合不确定性量化方法,在此基础上构建了基于概率包络面积变化率的混合不确定性灵敏度分析指标,提出了基于似然样本策略的参数修正方法。针对三维机翼ONERA M6的CFD数值模拟,在考虑湍流模型封闭系数认知不确定性和来流条件随机不确定性的情况下,通过混合不确定性量化得到升力系数的概率分布包络,并开展全局灵敏度分析发掘影响较大的封闭系数,降低模型修正的复杂度和计算量,并根据似然样本策略对关键系数加以修正。经过参数迭代修正,修正后的CFD仿真结果与试验数据高度吻合,证明了提出的CFD模型修正方法的有效性。

微槽-吸气组合控制平板边界层多模态稳定性研究

边界层转捩会使高超声速飞行器壁面摩阻和热流显著增加,因此在高超声速飞行器设计过程中往往占据重要地位.针对高超声速飞行器多模态转捩控制问题,提出了微槽道(1 mm)与边界层吸气的组合控制方法,并通过直接数值模拟和线性稳定性理论研究了Ma=4.5平板边界层的稳定性及组合控制效果.边界层在无控状态时,同时存在失稳的第一、二模态波,且二维第二模态波最不稳定;单纯施加微槽道控制时,边界层第二模态波会被抑制但第一模态波会被略微激发.对比而言,采用“微槽-吸气”组合控制后,不仅增强了对第二模态波的抑制效果,而且减弱了第一模态波的激发程度;同时随着吸气强度的增加,第二模态波不稳定区域明显收缩、频率显著增高,而第一模态波则变化不明显.相较于单纯的微槽道,吸气增强了“微槽吸收”与“声波散射”作用,因此中等吸气强度下该组合控制方法对第一和第二模态波的增长率分别实现了12.63%和28.02%的抑制效果.以上结果表明“微槽-吸气”组合控制手段具有适用宽频、布置区域灵活的优点,展现出了一定的多模态控制效果.

凹腔对高超声速边界层稳定性的影响

凹腔广泛存在于航空航天飞行器表面,如部件安装缝隙、高温烧蚀剥离等,对边界层转捩过程具有重要影响,是飞行器气动设计需要重点考虑的因素之一。为了探究不同尺度凹腔对边界层扰动波的影响规律,本文在固定来流条件下针对不同尺度的壁面凹腔,采用线性稳定性分析和高精度直接数值模拟,研究了高超声速(Ma=5.92)和超声速(Ma=1.38)边界层内扰动波经过凹腔的演化过程。结果表明:凹腔内部存在较强的回流区,其涡结构随着凹腔尺寸的增大变得复杂。对于高超声速流动,当凹腔位于快慢模态同步点上游时会促进扰动波发展,而位于同步点附近或下游时则起到抑制作用,且当凹腔位于同步点位置时抑制效果最佳;增加凹腔尺度(宽度或深度)会强化其对扰动波的控制效果。对于超声速流动,在不稳定区间范围内凹腔总是促进扰动波增长,并且随着凹腔尺度的增加促进效果增强。当凹腔尺度超过临界值后,凹腔内流动会发生自激振荡,进而给下游边界层引入新的扰动源,促进转捩的发生。本文研究结果对飞行器表面气动设计与热防护提供了重要参考。

体-翼连接干扰流动对局部区域气动热环境影响的研究

针对气动布局中常见的体-翼连接形式对局部气动热环境的影响进行了研究进展综述。首先,分析了体-翼连接流动中有粘/无粘干扰对流场及局部气动热环境的影响特征。其次,梳理了流动状态、流动参数和几何参数对体-翼连接流场中流动结构和热环境的影响规律和研究进展。数值研究中以工程方法和CFD技术为主,工程方法可以给出平均场的热流分布,预测偏差在20%左右;CFD技术能够给出更为精细的流场信息和热流特征,但在流动分离尺度、脱体激波位置、热流峰值大小方面仍然存在一定的预测不足。最后,针对体-翼干扰对局部热环境影响的研究方向,指出了可以深入开展的研究方向,为体-翼连接干扰流动的热流精细预测研究形成了研究基础。

发汗冷却技术在飞行器上的应用及展望

随着高焓、长时间热环境下飞行器热防护技术需求提升,新型空天飞行器亟待发展更高效的热防护技术。发汗冷却技术具有防热效率高、不改变结构雏形等优点,应用前景广阔。该文探讨了发汗冷却技术应用于飞行器热防护的优势和挑战,从性能评估快速计算、流动传热数值仿真、冷却机理与性能考核实验、效能最优控制算法和应用结构型式优化等方面进行了综述,总结了发汗冷却技术的研究现状和最新进展,分析了当前研究存在的问题,并给出了建议。系统复杂、冷却剂输运不均、工作过程不易稳定控制和建立高精度预测模型难度大是发汗冷却技术用于飞行器热防护时存在的难点。现有研究存在预测模型适用范围有限与准确度较低、实验测量手段单一、控制策略难以实现系统最优和新型结构方法缺乏工程细化方案等不足。微/介观尺度精细化数值计算模型、先进可视化实验测试手段、快速响应精确控制策略、自驱动与自适应结构工程化方案和主被动组合式热防护是后续研究的重点方向。