平衡气体效应对飞行器动态特性的影响研究

通过数值求解N-S方程,模拟升力体外形的强迫振动过程,研究了平衡气体效应对带翼飞行器俯仰阻尼导数的影响。分别在完全气体和平衡气体假定条件下,给出了h=30km,Ma∞=8,α=0°,10°,20°,30°时的俯仰阻尼导数变化的定量分析结果。

考虑平衡气体效应的斜爆轰波驻定窗口的研究

为研究真实情形下斜劈诱导的斜爆轰波的驻定窗口及影响因素,利用考虑平衡气体效应的极曲线关系式,分析了氢气-空气混合物的斜爆轰波的驻定窗口。与已有的一步反应的驻定窗口对比,讨论了平衡气体效应带来的特性;调整来流混合物的马赫数、压力、温度和当量比,分析了不同参数对驻定窗口的影响。研究结果表明,在氢气-空气混合物中采用9种平衡气体组分时,随着来流马赫数和温度的增加、混合物当量比的减少,形成的驻定窗口明显增加,斜爆轰波更容易驻定;初压对斜爆轰波的驻定影响较小。

高超飞行器喷流干扰流场非平衡效应影响分析

针对高超声速飞行器绕流与反作用控制系统(RCS)喷流相互干扰过程中高温气体非平衡效应的影响问题,基于高温空气及喷流燃气物理化学模型,通过数值求解三维非平衡雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程,开展了典型外形喷流干扰非平衡流场的数值模拟,研究了绕流空气非平衡效应、喷流燃气非平衡效应及其综合的流场高温非平衡效应的影响,分析了不同飞行条件下流场高温气体非平衡效应对流场结构及飞行器气动力热特性影响的变化规律。研究表明:绕流空气非平衡效应在高马赫数下影响显著,表现为减小喷流附加推力、降低干扰区热流峰值,随着马赫数升高,其影响逐渐增大;喷流燃气非平衡效应在不同状态下的影响存在差别,在低空状态下,燃气组分主要发生复燃/复合反应,导致喷流附加推力增大、干扰区热流峰值升高,在高空状态下,燃气组分主要发生离解反应,导致喷流附加推力减小、干扰区热流峰值降低,沿弹道高度升高,喷流燃气的复合反应减弱而离解反应增强;为了更加真实地模拟高超声速飞行器RCS喷流干扰流场特性,有必要全面地考虑流场中的高温气体非平衡效应。

传感器催化特性差异对气动热影响的计算分析

针对高温气体效应及壁面催化效应对气动热环境影响,考虑高温空气各种化学反应、分子振动激发、流动中的非平衡效应以及壁面催化复合反应,通过数值求解热化学非平衡N-S方程和壁面能量、质量平衡方程,完善了有限催化条件下高温热化学非平衡流场气动热环境数值模拟方法和程序。在此基础上,针对廉金属热电偶传感器热流测量问题,开展了不同条件下高超声速热化学非平衡流场气动热环境数值模拟,分析了催化特性差异对局部气动热环境（传感器表面热流）的影响规律,为试验数据的误差带分析、修正处理和使用提供参考。研究表明：1）催化特性差异会给局部区域带来很强质量扩散热流,使总热流发生跳变,给传感器热流测量带来不可忽视的误差;2）材料催化特性差异越大,热流跳变量越大,某些条件下时,局部热流值将远远高于全表面FCW模拟的结果,其影响量可达100%以上;3）本文计算条件下,飞行马赫数越大、飞行高度越低,催化特性差异的影响越大;4）催化特性差异带来的影响还与飞行攻角、飞行器表面温度等因素存在一定关联,在催化复合系数相同情况下,表面温度越高,影响量越大。