钝头飞行器高超声速侧向喷流干扰流场特性研究

采用数值模拟方法求解N-S方程,对高超声速钝头飞行器绕流与侧向喷流干扰流场中的流动分离和旋涡特性,及其对喷流干扰区压力分布的影响进行了研究。在中小攻角时喷口前存在干扰引起的主分离涡和二次分离涡,喷口前拐角处还存在另一个调和主分离和喷流的第三个马蹄涡,大攻角时这三个马蹄涡消失,干扰规律与中小攻角不同;表面流谱中小攻角时为典型的双分离线和双再附线结构,主分离和二次分离为典型的闭形分离,大攻角时主分离非常靠前,且为鞍、节点结合的开式分离结构,干扰区内的分离为横向分离流动;不同的干扰流场结构导致中小攻角时主分离激波和喷流弓形激波在压力分布产生两个峰值,主分离马蹄涡和喷口前拐角处马蹄涡则产生两个波谷,随攻角增大分离区扩大,波峰和波谷都前移,峰值下降,大攻角时喷口前马蹄涡消失,压力波谷也消失,实验压力分布也从某种程度上验证了大攻角干扰流场特性与中小攻角差别的合理性。研究表明,在不同的攻角状态下高超声速钝头飞行器绕流与侧向喷流干扰流场分离和旋涡特性有很大的差别,引起喷流干扰区压力分布的明显不同,必然导致对喷流控制效率的严重影响。     

翼身组合弹箭马格努斯效应数值模拟研究

为研究翼身组合弹箭马格努斯特性及产生机理,采用完全时间相关的非定常N-S方程,对带翼弹箭在高速旋转状态下的绕流场进行数值模拟,得到马格努斯力和力矩系数随攻角变化的规律,所得结果与阿诺德工程发展中心（AEDC）试验及陆军研究实验室（ARL）计算结果吻合很好。分析表明压力差是产生马格努斯力的主因,切应力产生的马格努斯力只占压力产生马格努斯力的1%;弹身马格努斯力除α40°外皆为负,舵马格努斯力始终为正;α5°~30°每个舵的马格努斯力不是正弦变化规律,但合力呈现正弦变化规律。     

物面突变引起的二维分离流动的数值模拟

本文用一个单步二阶精度格式,对由物体截面突变引起的二维超声速分离流动进行了数值模拟。计算了近尾迹流场,并详细研究了来流M数和Re数对绕后台阶分离流场结构的影响,得到了与理论和前人计算一致的结果。另外,对超声速绕竖舨流动进行了数值计算,给出了细致的流场结构图画。     

超声速飞行器FADS系统实时解算设计与验证

针对典型超声速飞行器的头部外形,采用CFD数值模拟方法计算获得超声速飞行器头部测压点阵列的压力数据,设计了基于BP神经网络技术的求解算法和基于FPGA+DSP构架数字信号处理的解算机、飞行马赫数2.0~4.5的嵌入式大气数据传感系统实时解算方案。应用蒙特卡罗法分析测量总误差对算法模型的影响,并获得满足嵌入式大气数据传感系统设计目标要求的测量系统总误差。算法在解算机上完成1次计算所需时间1ms,完全可以满足嵌入式大气数据传感系统算法实时解算设计的要求。在1.2m×1.2m超声速风洞完成求解算法的实时解算试验,试验结果与风洞系统的测量结果基本吻合,系统在实时解算过程中未出现异常、能灵敏反映出来流参数变化、具有很好的鲁棒性和敏捷性。静压测量相对误差≤6.9%,马赫数测量误差0.1,迎角和侧滑角的测量误差均1°。最后还分析了试验误差影响因素,提出了试验改进的方法。     

三角翼大攻角绕流数值模拟研究

采用Harten-Yee的二阶精度隐式TVD格式对N-S方程进行数值模拟,研究了后掠角为65°和70°的三角翼绕流的流场特性。计算结果表明：TVD格式中限制器函数的选取对于三角翼绕流结构的计算结果具有较重要的影响。结合张涵信的旋涡定性分析理论对旋涡的发展过程进行研究,此外,还对二次涡破裂现象和网格分布影响等问题进行了探讨。     

微型飞行器气动特性和飞行控制

微型飞行器的主要题实质是由于飞行器微小型化面临的低Re数流动引起的附加问题.本文结合微型飞行器的全系统关键技术攻关,分别讨论微型飞行器低Re数绕流特点和机理;不同外形的低Re数气动特性以及飞行控制技术中的相关科学问题.     

钝体化学非平衡粘性流数值模拟

用有限差分法求解Ｎ Ｓ方程,数值模拟了二维钝楔头部和近尾迹非平衡化学反应流场。模拟条件为Ｍａ∞＝２５,飞行高度ｈ＝７０ｋｍ,半楔角θ＝２０°,钝度比为０６０;气体组分为７个组元,共１１个化学反应式。头部流场结果与已有计算结果符合较好。在Ｍａ∞＝２５条件下,底部近尾迹较大区域内具有较高的温度和较大的电子密度,且下降趋势缓慢。     

飞船外形高超音速流场N-S方程数值解

用二阶迎风TVD格式求解N-S访方程,对简化的飞船外形高超音速粘性绕流进行了数值模拟。给出了物面压力分布及流场结构,与实验及其他计算结果符合较好。计算表明,肩部圆弧半径对后体流场影响较小,但严重影响肩部附近热流分布。当肩部圆弧半径是头部半径的20％时,肩部热流低干驻点处热流;半径为5％时,肩部热流超过驻点处热流30％。     

超音速流中球头反向喷流流场的数值模拟

采用CSCM(Conservative Supra-Characteristics Method)格式结合激波捕捉法求解了Navier-Stokes方程。通过算例对喷口总压等于2.08倍到6.54倍波后总压等4种情况进行了计算。得到壁面压力分布、等密度线和典型流场速度矢最图。与实验结果和其它数值计算值进行了比较和分析,得到本文计算出的弓形激波脱体距离在喷口压力低时与实验值符合得很好;压力高时差些。     

乘波体设计方法及设计参数分析

乘波体是一类典型的高超声速飞行器外形,它具有较高的升力及升阻比特性。建立了一套基于激波装配法的乘波体设计方法,该方法采用激波装配法获得精确激波位置,同时引入导波体的概念,通过设计导波体的构型来决定激波面的形状,引入导波体构型参数。通过改变导波体俯视外形前后锥角度、前后体长度比、侧视外形表面后锥角度等参数,比较其对最终乘波体气动特性的影响,并分析了这些参数改变对乘波体气动特性影响的内在机制,为工程化乘波体设计提供理论指导。