吸气式高速飞行器一体化方案:回顾与展望

通过梳理吸气式高速飞行器一体化发展脉络,回顾和分析了技术验证、实用化和未来重复使用阶段飞行器一体化方案的主要研究内容和关键进展。在技术验证阶段,设计者针对轴对称构型和升力体构型提出多种一体化方案及对应设计方法,有力支撑了高速飞行技术验证,丰富了一体化设计理论。在实用化阶段,高速飞行技术工程应用对一体化提出严苛的约束,一体化主要解决流量捕获、设备装载和升阻比之间的矛盾,逐渐形成腹部进气布局一体化方案。针对未来重复使用飞行器,更多样的动力模式、更复杂的气动外形对一体化设计提出更高要求,高效、宽范围的动力系统、高度一体化的翼身融合构型、更优的进气布局方案是吸气式高速飞行器一体化设计的重要发展方向。

高超声速轴对称机身-机翼布局翼身干扰分析

为研究高超声速轴对称机身-机翼布局的翼身干扰特性,选择窄条翼和中单翼两种典型组合体布局作为研究对象,从流场和气动力两个方面对其进行系统研究。结果表明:相比于无机翼干扰的轴对称机身,位于机翼斜激波区的机身腹部压力更高,且机翼阻断了高压气流的“上洗”运动,减小了机身背风面压强,机身获得了更多升力;相对于无机身干扰的机翼,中单翼由于与头锥激波发生干扰获得更多升力,而窄条翼处于膨胀区内,其升力小于无翼身干扰时窄条翼升力;机身-机翼布局的升力大于单独机翼与单独机身的升力总和。

基于预处理方法的空化超空化流数值模拟

建立了一套水动力空化流数值计算方法,采用基于预处理方法的空化两相流模型计算二维空化问题,并通过添加源项来计算轴对称外型空化问题,发展了类比于Roe格式的空化两相流通量计算迎风格式,湍流模型采用经过修正的k-ω两方程模型,时间推进采用双时间步LU-SGS隐式方法,计算了二维水翼及轴对称体外型的全湿流、空化及超空化流动。数值结果表明,该文建立的基于预处理方法的空化两相流数值算法是有效的,可以对二维及轴对称外型的全湿流态以及空化、超空化的演化等现象进行数值预测。

高超声速轴对称机身-机翼布局参数化分析与优化

为研究机翼平面形状对高超声速轴对称机身-机翼布局气动性能的影响,建立了机翼参数化方式,从展弦比和翼面积两个方面对其进行了系统研究。基于B样条曲线参数化方法和遗传算法,开展了机翼前缘线和后缘线的优化设计,并对最优升阻比方案的流场进行分析。结果表明:前体激波与机翼的干扰范围是影响组合体布局气动性能的重要因素;优化的机翼前缘线与前体激波边界基本重合,减少了迎风面与背风面的气流泄漏,进而提高了组合体布局的升阻比;调整机翼后缘线对组合体布局升阻比的影响较小,但可显著改善升力性能。