高超声速壁面黏性力快速计算方法

当前高超声速飞行器壁面黏性力的预测方法主要有精确的Novier-Stokes方程CFD方法(计算流体力学)和快速工程计算方法。前者计算精度高,但效率很低;后者效率极高,但精度难以满足工程应用要求。如何将两种方法有效结合,发展具有一定精度且效率也较高的壁面黏性力计算方法,一直是计算空气动力学研究的重要方向之一。为此,本文基于无黏Euler方程CFD方法获得的壁面流场参数,发展了一种更加精确的高超声速飞行器壁面黏性力快速工程计算方法。该方法以经典参考温度法为基础,以壁面当地流场参数替代自由来流参数,更加充分地考虑了高超声速复杂流动的特性,从理论上提高了壁面黏性力的预测精度。为验证该方法的准确性,以典型高超声速高升阻比飞行器外形为研究对象,分别采用精确Navier-Stokes方程CFD方法和本文发展的快速工程计算方法,预测了高空高马赫数飞行环境下飞行器壁面的黏性力;通过对比分析表明,本文所建立的快速计算方法预测偏差为10~20%,能够满足工程初步设计的要求。

民用飞机机体外部对流换热系数计算方法研究

飞行条件下,飞机外部对流换热系数的计算需考虑气体压缩性和热交换的影响。目前工程上通常采用的参考温度法忽略了飞机结构的影响,将飞机各部位的外部对流换热系数视为一个数值,势必会严重影响计算结果的准确性。通过对民用飞机外部对流换热系数计算原理的研究,提出一种可用于求解飞行条件下飞机机体各区域外部对流换热系数的仿真计算方法——极限温差法。以STAR-CCM+软件为计算平台,基于某民用飞机,从仿真计算角度对其可行性进行分析,采用理论的参考温度法和传热公式法对极限温差法计算结果的准确性进行验证。结果表明,传热公式法和极限温差法得到的模拟值基本相同,且不同模拟值与参考温度法的理论值之间的差值均约为理论值的8%,极限温差法计算结果与理论值基本吻合。

高超声速乘波飞行器气动特性研究(英文)

用计算流体力学和风洞试验的方法对以锥导乘波体为基础生成的高超声速乘波飞行器的气动性能进行了研究。结果表明，以马赫数6，攻角4度为设计状态的乘波体，在马赫数5～7，攻角4～6度的范围内，都具有良好的气动特性，升阻比接近4。最后，提出了一个简单的以参考温度方法为基础的粘性阻力分析方法。该方法配合使用风洞试验和计算流体的结果，可以用来验证计算流体中难以计算准确的粘性阻力，也可以用来分析在风洞试验难以直接得到的粘性阻力。对于工程上的粘性阻力分析是一个有用的办法。

高超声速壁板流固热耦合建模与分析

基于气动热、气动弹性双向耦合的热气弹分析方法,建立了高超声速三维壁板流固热耦合分析模型。气动力计算采用三阶活塞理论,气动热计算采用参考温度法,热传导和结构响应采用有限元方法进行。研究了不同边界条件、飞行轨迹下耦合方式对三维壁板热气弹响应的影响。结果表明:不同流固热耦合机制对高超声速气流中壁板响应预测影响各不相同,表明了研究的必要性。

适用于可压缩流动的γ-Re_(θt)-f_(Re)转捩模型

基于γ-R_(eθt)转捩模型的框架,发展了考虑流动可压缩性的γ-Re_(θt)-f_(Re)转捩模型。针对已有的转捩准则引入可压缩性修正,并利用基于参考温度法获得的雷诺数可压缩性比拟关系fRe修正现有基于不可压缩流动的转捩关联函数。为实现模型的局部性,构建了额外的雷诺数可压缩性比拟关系fRe输运方程。利用所发展的γ-Re_(θt)-f_(Re)转捩模型对不同流动条件的转捩算例进行考核并和基本γ-R_(eθt)转捩模型进行对比,结果显示,γ-Re_(θt)-f_(Re)转捩模型实现了从低速至高速的无缝统一模拟能力。在低速流动条件下,γ-Re_(θt)-f_(Re)转捩模型自动恢复为基本γ-R_(eθt)转捩模型;在超声速和高超声速流动条件下,γ-Re_(θt)-f_(Re)转捩模型显著改善了流动转捩的起始位置和转捩区发展的预测。