高超音速导弹气动光学效应研究方法综述

气动光学效应是高超音速导弹设计需要解决的关键技术。全面论述了气动光学效应的定量研究方法,包括:小孔径技术、统计方法、随机相位屏方法和涡动力学研究方法,指出了工程上广泛使用的统计方法的适用范围,建议使用大涡模拟方法进行气动光学效应的数值仿真。     

电磁发射超高速弹丸气动特性数值分析

采用数值计算方法研究了超高速弹丸的气动流场特性,重点分析了弹丸再入段的气动流场特性.利用风洞试验数据验证了S-A和k-ωSST湍流模型的预测精度,计算结果表明,在法向力预测上,两种湍流模型的预测精度较高,均在2％以内.在轴向力预测上,S-A湍流模型的预测精度较高,误差约为4.6％.当弹丸以大攻角再入时,弹丸横流效应较为...     

气动光学数字图像校正工程应用方法探索

针对气动光学数字图像校正在工程应用方面的问题,对高速导弹末制导过程中气动光学效应条件下时间序列失真图像校正算法模型进行梳理,分析了现有校正算法工程应用中存在的问题,提出了更为注重建立先验知识的数字图像校正的工程应用方法.在此基础上以窗口传输效应为例,建立了能满足工程应用适用性和实时性要求的窗口传输效应校正模型,并进行了数学仿真,给出了像偏移校正仿真结果,探索了气动光学数字图像校正工程应用方法.     

激波/湍流边界层干扰中的自适应控制技术

从激波/湍流边界层干扰机理以及流动控制的迫切需求入手,从自适应涡流发生器、自适应鼓包、自适应微射流以及自适应次流循环四个方面对激波/湍流边界层干扰中的自适应控制技术研究进展进行了总结。分析认为,结合AI技术发展自适应流动控制技术,加速控制方式智能化,可作为新一代高超声速飞行器宽速域飞行的重要技术手段。具体来说,就是通过调节外加激励对高超声速飞行器不同区域实现局部流动加/减速、气动热防护、气动控制等功能,根据流场参数建立控制反馈回路,自适应调整局部流场结构,以满足工程实际需求。     

气动光学效应内涵及其对成像探测的影响机理北大核心

带有红外成像探测系统的飞行器在大气层内高速飞行时,光学头罩与大气层之间发生剧烈的相互作用,产生气动光学效应。该效应将引起像偏移、像模糊、像抖动,使得红外成像探测系统对目标的成像探测威力下降、探测精度降低。研究了高速动平台下气动光学效应的内涵及其对红外成像探测系统探测威力、探测精度的影响机理,对典型飞行状态下产生的气动光学效应进行了数学仿真计算,得到了仿真计算结果,并对仿真结果进行了分析。     

Spalart-Allmaras湍流模型在高超声速气动加热计算中的应用

将AUSM+格式与LU SGS隐式迭代相结合,采用一方程的Spalart Allmaras湍流模型和二阶迎风MUSCL格式,研究了火星"探路者号"实验模型在10马赫来流条件下的气动热问题。采用量热完全和热完全两种气体模型的计算结果与实验数据进行了比较。热完全气体模型模拟的热流分布规律与实验吻合较好,但是对分离区的热流估计过高。在网格合理划分,尤其是满足近壁面的网格分辨率要求的前提下,该方法能够合理反映高超声速流场除分离区以外的气动热特性。     

脊状表面近壁区湍流度分布规律

通过对不同风速下,不同形状、尺寸脊状表面及光滑平板表面边界层内湍流度的测试,对比分析了脊状表面近壁区湍流度的分布规律。试验在小型直流风洞中开展,流场测试中使用恒温式IFA 300智能型流动分析仪,测试模型则采用有机玻璃及铝两种材质的平板模型。在脊状表面理论零点及壁面摩擦速度的计算中,采用了基于紊流边界层对数律区流速分布公式同时计算壁面理论零点和壁面摩擦速度的改进方法。最终测试结果表明:脊状表面边界层过渡区和对数律区内湍流度与平板相比显著下降,最大降幅超过10%,证明脊状结构的存在有效减弱了壁面近壁区内"猝发现象"的发生。     

含激波流场的光线追迹方法

高速流场中的激波会产生明显的气动光学效应,导致光线发生偏移、聚焦等。从理论上考察了在不同入射角条件下,光线经过激波后发生角偏移量与激波强度的关系;针对通过计算流体力学得到的激波流场,提出了追迹步长根据当地折射率梯度和网格几何尺寸自适应调节的光线追迹的思想和方法,以提高追迹的精度;对所建立光线追迹方法的精度进行了考察。结果表明,所建立的光线追迹方法适用于激波流场的光线追迹,具有较高的精度。     

小钝头锥体全目标流场与光电特性一体化数值模拟

从简化的或全ＮＳ方程出发,采用化学非平衡和热辐射非平衡模型,数值模拟了有烧蚀产物引射条件下小钝头锥体全目标流场与光电特性,旨在为防护设计提供气动物理环境数据。计算结果表明,本文流场模拟数据与实验数据基本吻合,壁面烧蚀产物引射和壁面催化特性对流场电子数密度均有量级影响。     

不同射流状态下射流气体与高超声速主流相互作用影响

为研究不同射流状态对高超声速飞行器气动加热的影响,对高超声速来流条件下方孔和圆孔横向射流模型进行数值模拟,讨论射流压强、射流速度及射流方向对主流流场的影响,得到了不同射流状态下流场结构、壁面温度热流分布及壁面中心线温度热流变化。结果表明:射流在一定程度上能缓解壁面气动加热情况,壁面引射效果更好,壁面引射速度1 m·s~(-1)时壁面热流降低接近三分之二。在高速(Ma1)射流情况下,适当增大压强和速度,均会使得射流下游的冷却效果加强;在中低速(Ma0.6)射流情况下,射流基本上不改变主流流场而在边界层内流动,流速越大,冷却范围越大,冷却效果也相对较好。射流方向与主流方向夹角为锐角时,利于射流孔下游降温;夹角为钝角时,利于射流孔上游降温。     

传热对水边界层流动的影响

本文评述了壁面传热对水边界层流体流动及其阻力的影响,同时分析了加热减阻的应用及其影响因素。传热不仅对层流流动、层流向湍流的转捩以及湍流流动有明显的影响,而且对流动分离以及由分离引起的空化也有显著影响。以热脉冲加热的主动式加热方式既可用来产生和消除边界层的T-S波,也能用来控制边界层的分离。因此,热控制技术可望在控制边界层转捩和分离,减小流动阻力等方面得到应用。     

低速大雷诺数混合飞艇气动性能分析

针对混合飞艇体积巨大同时气动外形复杂使得现有条件的风洞试验很难精确测量其气动性能的问题,开展了适用于混合飞艇气动性能分析的计算流体力学(CFD)的数值分析方法研究。考虑混合飞艇低速大雷诺数的特点,将变分多尺度方法 (VMS)与动态Smagorinsky大涡模拟(LES)模型相结合,提出了组合的VMSLES湍流模型。将基于RANS方法和LES方法的其他三种湍流模型相对比,利用雷诺数相近、实验数据丰富的6:1长椭球飞艇对不同的湍流模型进行了对比验证。结果显示LES方法预测结果与实验结果吻合较好,优于RANS方法,并能显示更多流动细节,而组合的VMS-LES模型能够更精确地捕获实验研究中观察到的二次涡。利用组合的VMS-LES模型对有翼HAV与多囊瓣HAV进行了气动性能分析,并研究了不同部件对飞艇气动特性的影响。结果表明,由于尾翼表面产生的一次涡与二次涡相互作用,尾翼在增加气动升力的同时也增加了阻力。     

某新型减阻试验台理论仿真

针对现今水洞、风洞减阻试验准备过程繁琐、周期长、费用昂贵等问题,根据同轴旋转粘度计原理.提出了针对脊状结构减阻、涂层减阻等减阻技术的新型试验台.通过选取V型和U型两种脊状结构,对试验台模型进行模拟仿真计算,将具有脊状结构的试验台壁面剪切力值和湍流强度与光滑试验台数据进行比较,得到了较好的减阻效果.从而说明运用本试验台进行减阻试验的方案是切实可行的.     

等截面隔离段中激波串结构的数值模拟

采用二阶TVD格式的有限体积法偶合Baldwin Lomax代数湍流模型求解雷诺平均Navier stokes方程 ,数值模拟了二维矩形等截面隔离段中的流动现象 ,很好地模拟出由激波 /附面层干扰所形成的复杂的激波串流场结构。计算结果与国外有关文献的结果进行了比较。     

泵喷宽带非定常激振力预报与参数分析

为预报泵喷推进器转子与湍流互作用宽频非定常激振力,在Sears函数的基础上,考虑随机湍流波的影响,推导了螺旋桨宽频非定常激振力预报公式,并与实验值对比验证了该公式。进一步考虑泵喷推进器转子工作在前导叶尾流场的情况,通过Gauss尾流模型建立叶片尾流湍流波数谱,通过经验公式计算叶片尾流场参数。推导得到泵喷推进器转子宽频非定常激振力预报公式,通过公式计算得到的宽频非定常激振力与数值计算结果相近。分析了流场参数的变化对推进器转子宽频辐射噪声预报结果的影响。研究得到,湍流强度只影响宽频非定常激振力预报结果的幅值,湍流积分尺度对幅值和频谱形状都有较大的影响。     

航天飞行器中的湍流问题

航天飞行器外部绕流与发动机内流均涉及湍流问题,湍流已成为现代飞行器设计中的重要元素之一。对边界层和混合层等模型问题的研究给出了湍流的一些机理认识,这些认识可指导飞行器中的湍流应用。     

五阶HWCNS格式在低速复杂流场中的应用

采用五阶精度显式HWCNS格式求解雷诺平均NS方程，利用多块对接结构网格技术，对30P-30N多段翼型进行网格收敛性研究，在不考虑转捩的情况下采用SA一方程湍流模型研究HWCNS格式与二阶精度MUSCL格式对该翼型压力分布和典型站位速度型的影响，并与实验结果进行对比分析。采用HWCNS格式和SA一方程湍流模型模拟梯形翼高升力构型低速复杂流场，通过对总体气动特性和压力分布的分析，探讨五阶精度显式HWCNS格式在低速复杂外形流动中的应用能力。     

支板喷射超声速燃烧流场三维大涡模拟

利用火焰面模型和混合LES/RANS方法对某支板构型超燃冲压发动机进行模拟,讨论了化学反应对湍流流场的影响,并比较了3D和2D模拟的差别.结果表明,不考虑化学反应时剪切层中的大尺度结构控制着整个混合过程,且剪切层具有明显的三维特性;2D模拟能捕捉到涡的配对与合并现象,而3D模拟中涡的拉伸、扭曲及破碎特性更加显著;考虑化...