高超声速气动热化学非平衡效应数值分析研究

通过数值分析研究了化学非平衡效应对气动加热问题的影响.分别以量热完全气体、单组分热完全气体和5组分化学非平衡气体为气体模型,计算了圆柱钝头的绕流流场和壁面热流密度分布,比较并分析了高温化学非平衡效应对流场特性,尤其是气动加热特性的影响.结果分析表明,高温化学非平衡效应可使激波层变薄,激波层内温度大幅下降,从而会严重影响气动热环境特性,是影响高超声速飞行器热防护设计的重要因素.     

气动加热对飞行器气动弹性特性的影响

介绍了气动热弹性力学的基本概念和气动加热对飞行器可能出现的不利影响;概述了气动热弹性（包括热刚度、热振动和热颤振）分析的思路和步骤;总结了国外若干气动热弹性分析和试验的结果;归纳出了气动加热对飞行器结构刚度、振动和颤振的影响趋势。     

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。     

气动光学效应内涵及其对成像探测的影响机理

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。     

热防护系统耦合分析方法与应用

热防护系统是保证飞行器在气动加热环境下不发生过热甚至烧毁的关键系统。随着飞行速度的不断提升,气动力/热与结构件的耦合效应更加显著,需要通过耦合分析方法才能更准确的评估结构安全性和提升热防护系统设计水平。提出了气动力/热与结构耦合的多类分析方法及实现思路,介绍了相关物理场的数值计算方法,并应用建立的耦合分析方法,对典型热防护系统进行了计算分析。热防护系统耦合分析方法的建立,不但为热防护系统评估与设计奠定了良好基础,同时也为新型防热概念及方法的提出奠定了技术基础。     

边条式前翼的制导航弹气动特性

针对四片边条式矩形前翼与弹翼、尾舵形成的"×-×-×"和"+-×-×"配置的2种气动布局的制导航弹,应用数值方法对绕流流场进行了模拟,并依据数值计算结果从升阻特性和纵向静稳定性性两方进行初步探讨,得出了"×-×-×"和"+-×-×"2种气动布局下制导航弹的气动差异.     

ANSYS在导弹及炮弹气动加热分析中的应用

本文提出了一种预测和分析超音速导弹及炮弹气动加热的方法。流场及其特征取决于求解欧拉方程自身的有限体准则。当地附面层速度输入ANSYS后,通过气动参数即可算出有关气动热参数,并可在ANSYS内经热分析给出结构气动加热的温度。     

国内外导弹热结构分析研究综述

对国内外导弹的气动加热、材料热特性、结构热防护技术的研究情况作了综述分析,提出了目前研究中工程上解决的一些方法以及对热结构的综合性与限制性分析的看法,对热结构尤其是防空导弹的热结构工程应用性研究有参考意义。     

飞行器防热涂层厚度的确定

飞行器飞行M数大于5以上时,气动加热问题较严重,这给飞行器壳体结构设计带来许多热防护问题,如气动加热的计算方法,温度沿舱体厚度的分布,防热涂层厚度的确定,对涂层性能的要求,及向结构件上的喷涂工艺,壳体结构件的热强度和舱体热环境试验等。这些问题都要进行深入的工程研究。     

稀薄流高超声速飞行器气动加热耦合计算

针对稀薄流域高超声速飞行器的气动加热问题,开展耦合数值计算研究。通过引入牛顿冷却定律,将直接模拟蒙特卡洛数值模拟方法与结构传热计算方法相结合,设计一种可对全机外形进行气动热和结构传热计算的高效松耦合方法,实现飞行器防热层结构材料温度分布特性的数值模拟。在以钝锥外形为例对直接模拟蒙特卡洛数值模拟程序进行验证的基础上,采用该方法对X37B轨道飞行器外形长时加热与结构传热过程进行数值模拟,给出结构温度及热流密度随飞行时间的变化规律。研究结果表明,设计的耦合计算方法能够模拟稀薄流域高超声速飞行器的气动加热及结构传热耦合过程,可为该类飞行器的气动热分析及热防护设计提供技术支持。     

助推—滑翔式导弹中段弹道方案的初步分析

建立了助推—滑翔式弹道中段的无量纲运动方程。采用非线性规划方法实现弹道优化。首先求解不同初始速度、速度倾角和最大升阻比的最大射程弹道,然后考虑驻点热流、过载约束,求解总气动加热最小和射程最大的最优弹道。基于前者的计算结果分析了初始条件对最大射程弹道的影响。将考虑约束的再入滑翔弹道与弹道式再入的特征参数比较,表明再入滑翔弹道的峰值热流较小,而总气动加热增加,但再入滑翔飞行时间在一般锥形体再入机动飞行器的热防护系统可承受的时间范围内。     

高焓CO2气流壁面两步催化机制对非平衡气动加热影响的数值模拟

针对高超声速火星进入飞行遇到的壁面CO_2催化机制特殊且对气动加热影响复杂的问题,基于化学反应系统的三维可压缩流动求解器,建立壁面吸附、Eley-Rideal结合速率受控的壁面CO_2两步催化模型。基于70°球锥布局的高焓风洞实验,进行考虑壁面催化效应的高超声速非平衡气动加热数值模拟,开展考虑CO+O_((s))和O+CO_((s))两类CO_2两步催化路径对非平衡气动加热的影响研究。研究表明,壁面O_2和CO_2结合并存且存在相互竞争关系,催化加热量随催化效率增大而单调增加。数值计算建立了催化路径与非平衡加热水平的定量关联,研究发现CO_2两类催化路径权重与加热量存在非单调关联,特定权重下两种路径联合作用的热流高于单个催化结果。相关研究对碳氧气体主导的壁面催化机理和火星进入气动加热的精细化预测有重要的理论指导意义。     

外挂式导弹机弹分离气动干扰特性研究

以经典的机翼/挂架/导弹组合模型为例,采用重叠网格软件系统和计算流体力学技术,从机弹干扰工况简化和气动干扰特性影响因素分析两个方面对外挂式导弹机弹分离气动干扰特性进行研究。导弹分离轨迹参数和气动干扰系数的数值预示结果与捕获轨迹试验结果吻合,表明该计算方法能有效预测机弹分离轨迹和分析导弹与载机间复杂气动干扰现象。根据计算流体力学结果,从马赫数、机翼攻角、导弹攻角等方面,给出导弹在不同分离工况下的气动干扰规律,并采用增量系数法对缺失工况进行一阶外插处理的气动干扰数据外推方法,可应用于机载外挂空基武器的机弹分离轨迹预示和气动干扰特性设计中,具有重要的工程应用价值。     

高超声速飞行器前缘流-热-固一体化计算

针对高超声速流动气动加热与结构传热的复杂耦合问题,探索和研究基于有限体积法的高超声速流-热-固一体化求解方法,将流场与结构温度场进行统一建模与数值模拟。该方法避开了传统气动加热和结构传热耦合求解方法在时间域内进行流场与结构温度场耦合交替迭代计算所带来的大量数据交换与计算,将流场与结构温度场作为一个物理场,采用统一的控制方程进行求解。采用典型高超声速绕流二维圆管稳态或非稳态流-热-固耦合算例对该一体化方法进行验证,稳态时圆管驻点温度最高达到648 K,非稳态时的热流密度和结构温度与参考文献和实验值吻合较好,由此证明了该方法的可靠性和正确性。与耦合计算方法的对比分析结果表明:该一体化求解方法所得计算结果更接近实验值,并且计算量和网格依赖性都相对较小,具有更好的稳定性和计算精度,能为高超声速飞行器一体化热防护设计提供有效的理论和技术支撑。     

亚音速栅格翼与弹身气动干扰计算方法

介绍了３ 种计算亚音速栅格翼与弹身气动干扰的方法,并用其中的２种方法进行了计算,所得结论与流场分析所得结论相同,证明了这两种方法在计算弹身与弹翼气动干扰方面的可用性和正确性。     

激光防空武器杀伤概率*

针对高功率防空激光武器的射击特性,运用概率论讨论了激光武器"光弹"的杀伤概率。将单发"光弹"杀伤目标作为一随机事件,按先后分"光弹"击中目标中心点和"光弹"击中目标后对目标的损伤程度两个相互独立的事件,分别用射击误差和目标坐标杀伤概率表示。建立了计算射击误差和目标坐标杀伤概率模型,得到了单发"光弹"的杀伤概率,进而得到了对同一目标连射n发"光弹"的杀伤概率,并根据激光能量饱和密度划分了对目标的杀伤效果,即硬杀伤、软杀伤和干扰,对激光武器研制提供理论参考。     

重叠网格方法研究多子弹抛撒气动问题

子母弹抛撒气动问题是一类典型的有相对运动的多体气动问题,也是重叠网格方法最有价值的应用领域之一。采用MI-Grid重叠网格软件系统,耦合流动力学方程和动力学/运动学方程,研究子弹分离过程的气动性能和运动轨迹,并结合正交试验设计,讨论和评估了出舱条件及气动干扰对子弹分离运动的影响,指出子弹在抛撒流场中受激波干扰对姿态运动影响很大,单子弹抛撒时母弹激波扫射使子弹俯仰特性剧烈波动,多子弹抛撒时弹舱流动受子弹挤压反射激波使子弹姿态抬头。     

掠飞末敏弹耦合运动动导数计算

以新型掠飞末敏弹为研究对象,提出了基于欧拉转动定理和滑移网格技术的复杂角运动模拟方法,利用著名的罗德里格斯转换矩阵插值求得弹箭在每个时间步的角速度修正值,并指定给球形滑移网格区。通过对非定常气动参数进行求解辨识,分析了不同马赫数下掠飞末敏弹滚转运动对其俯仰组合动导数和升力系数动导数的影响规律。结果表明:所提角运动模拟方法可有效消除姿态角计算的累积误差,实现对弹箭任意给定角运动的准确模拟;弹箭滚转运动对俯仰组合导数和升力系数动导数的辨识结果均存在显著影响,在进行弹箭动导数计算和稳定性分析时需充分考虑俯仰耦合效应的影响。     

侧窗探测条件下的制导控制系统设计方法研究

由于对付TBM的高层反导防空导弹速度很高,气动加热问题十分严重,采用侧窗探测方式解决气动热影响问题.研究了侧窗探测条件下的制导控制技术,给出了拦截器的姿态控制规律,并进行了仿真.仿真结果表明给出的姿态控制规律是可行的.     

炮射盘旋侦察弹气动特性研究

通过对炮射侦察弹盘旋飞行质点弹道方程组的模型仿真,依据侦察弹战术、技术指标的要求,计算、分析和比较了不同升力系数下弹丸盘旋飞行时的弹道图形,结果表明在升阻比为3 8442时,侦察弹的气动布局最为理想。