火星进入器壁面脉动压力环境数值模拟

为研究跨超声速阶段来流马赫数、来流攻角及配平翼展开角的变化对进入器壁面脉动压力环境的影响规律,本文采用脱体涡方法对火星进入器模型开展非定常数值模拟,获取壁面不同位置处的脉动压力信息。研究表明:在跨超声速阶段,进入器壁面脉动压力环境随马赫数的增加而趋于减缓。配平翼迎风面分离区受脱体激波影响明显,当来流马赫数较小时,可压缩效应较弱,分离区涡流运动剧烈,诱导的脉动压力环境较强;随着来流马赫数的增加,脱体激波对分离区抑制作用增强,分离区运动受到限制,诱导的脉动压力环境趋于平缓。此外,随着来流攻角增加,配平翼迎风面上再附点的位置向翼根方向转移,从而使翼根处的脉动压力环境趋于恶劣。当配平翼展开180°时,分离区再附点位置基本固定,配平翼迎风面脉动压力环境得到一定程度的减缓。功率谱分析表明,在配平翼迎风面上诱导的脉动压力能量主要集中在中低频区域。

火箭整流罩脉动压力环境数值模拟与优化设计

采用雷诺平均N-S方程(RANS)求解流场与非线性噪声方程(NLAS)求解声场相结合的方法(RANS/NLAS),对跨声速条件下火箭整流罩外部的脉动压力环境进行数值模拟与气动外形优化设计研究。通过与国内外文献及风洞试验结果对比发现,使用NLAS方法能够利用较少的网格量准确模拟脉动压力的传播历程。同时,结果表明:跨声速流动中,在火箭整流罩的头锥肩部会出现激波/边界层干扰,而在后部倒锥部位会产生大分离区,因此在肩部和倒锥区域脉动压力环境最为恶劣;随着迎角的增加,背风面头锥肩部的脉动压力环境更加恶劣,倒锥区域减缓。为抑制倒锥区域的脉动压力,新设计了直线外形、正弦曲线外形、“切线弧+圆弧”外形三种倒锥轮廓线方案,对比分析了不同方案的倒锥区域时均摩擦力系数、分离区、均方根脉动压力系数,得出了“切线弧+圆弧”外形最有利于优化其脉动压力环境的结论。

火星进入器作强迫震荡运动壁面脉动压力数值模拟

为研究超声速阶段进入器作强迫震荡运动对壁面脉动压力环境的影响规律,本文耦合进入器刚体运动方程与流体力学方程,采用动网格技术,对火星进入器模型开展非定常数值模拟,获取壁面不同位置处的脉动压力信息。研究表明:在超声速阶段,进入器作强迫震荡运动诱导的脉动压力远大于进入器保持相对静止时仅由非定常流动诱导的脉动压力。来流马赫数为1.2时,进入器作强迫震荡运动对脱体激波影响较小,脱体激波强度较弱且形态变化较小,攻角的震荡导致同一测点距离脱体激波的位置发生周期性改变,舱体迎风面及配平翼迎风面的脉动压力环境主要受攻角变化的影响;来流马赫数为3时,进入器作强迫震荡运动对脱体激波的影响较大,脱体激波震荡剧烈,诱导舱体迎风面及配平翼迎风面产生极其恶劣的脉动压力环境,功率谱分析表明激波震荡诱导的脉动压力能量主要集中在30 Hz左右。

飞行器跨声速段肩部脉动压力等效预示方法

基于锥-柱形飞行器肩部过渡段在跨声速阶段的脉动压力分布特征及现有的飞行遥测加速度响应数据,提出一种适用于此外形特征飞行器的脉动压力等效预示方法,通过悬臂梁结构数值仿真验证方法的有效性和准确性;然后将该方法应用于某型飞行器,把实际分布形式的随机脉动压力等效为集中力形式,利用有限元软件计算得到的频响函数信息和飞行遥测加速度响应进行脉动压力识别,未参与识别过程的加速度响应进行正向校验,结果表明提出的方法可以准确地预示飞行器跨声速段脉动压力环境,对高速飞行器脉动压力预示的工程研究有一定的参考意义。