飛行器沿彈道氣動燒蝕過程數(shù)值模擬研究.pdf

1、當(dāng)飛行器以高超聲速、大攻角在大氣層內(nèi)長時間飛行時，飛行器表面所承受的熱環(huán)境非常惡劣，會出現(xiàn)明顯的燒蝕現(xiàn)象。高超聲速飛行器沿彈道飛行時結(jié)構(gòu)氣動燒蝕性能分析與評估是熱防護(hù)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵點(diǎn)和難點(diǎn)。而解決此難點(diǎn)的一個重要前提是準(zhǔn)確預(yù)測飛行器熱環(huán)境和燒蝕表面后退問題。飛行器結(jié)構(gòu)表面溫度分布及燒蝕量的準(zhǔn)確預(yù)測，能為精確設(shè)計(jì)熱結(jié)構(gòu)并合理評價熱防護(hù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的合理性和可靠性提供依據(jù)。然而，材料的燒蝕過程極其復(fù)雜，在燒蝕計(jì)算中氣動熱分析的結(jié)果作為溫度場求解及燒

2、蝕分析的輸入條件；燒蝕分析結(jié)果如燒蝕型面、結(jié)構(gòu)表面溫度作為氣動熱分析的輸入條件，二者耦合嵌套，相互影響，是一個復(fù)雜的多場耦合過程。飛行器結(jié)構(gòu)的三維燒蝕，需對氣動加熱、結(jié)構(gòu)導(dǎo)熱和燒蝕進(jìn)行耦合計(jì)算。目前還沒有商用軟件可以很好地處理此類耦合問題，需單獨(dú)編制程序來實(shí)現(xiàn)一體化的數(shù)值模擬。
　　首先，本文提出了預(yù)測高超聲速飛行器表面氣動熱環(huán)境的工程計(jì)算方法。采用工程計(jì)算軟件對高超聲速飛行器表面關(guān)鍵部位氣動熱進(jìn)行計(jì)算，獲得飛行器沿彈道飛行時表面

3、的三維熱環(huán)境分布。提出氣動加熱熱流的插值方法，并結(jié)合熱傳導(dǎo)分析的基本方程和邊界條件,開發(fā)了施加非均布熱流載荷的DFLUX用戶子程序，實(shí)現(xiàn)氣動熱計(jì)算與結(jié)構(gòu)熱傳導(dǎo)分析自動化計(jì)算。算例表明本文所述方法具有較高的計(jì)算效率和精度。
　　其次，本文發(fā)展了高超聲速飛行器氣動燒蝕三維數(shù)值模擬方法。提出因燒蝕造成的移動表面單元重構(gòu)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了燒蝕移動邊界的平滑后退，且只對燒蝕區(qū)域的單元進(jìn)行重構(gòu)，網(wǎng)格生成效率高。并采用優(yōu)化方法對重構(gòu)后的網(wǎng)格質(zhì)量進(jìn)行優(yōu)