Numerical exploration on the thermal invasion characteristics of two typical gap-cavity structures subjected to hypersonic airflow

In this paper, numerical investigation of hypersonic gas flow over two typical gap-cavity structures is carried out using all-speed preconditioned density-based solver. Such structures filled with porous seal in the gap are often present at the joint locations of control surfaces of the hypersonic vehicles. Single-domain approach is adopted to integrate the governing equations for both porous and fluid regions. The basic thermal invasion characteristic is first illustrated using the maze gap-cavity structure without sealing. Then, the influence of seal filling depth on the thermal invasion characteristic is investigated for the structure with sealing. Finally, a comparison of thermal invasion characteristics between maze and straight gap-cavity structures is performed to examine the influence of gap bending. Results show that the main source of hot airflow invading into the gap is from the millimeter scale gas layer within the boundary layer. And the invasion characteristic presents approximate stationary behavior. A primary vortex occurs in the gap adjacent to the leeward wall, which is ascribed to the impinging effect between the separate boundary flow and the windward wall. This effect is also the main driving force of thermal invasion. A treatment of filling the seal in certain depth inside the gap can significantly reduce the thermal load of seal and maintain an acceptable level of the invading mass flow rate. Additionally, it is found that the gap bending exerts a limited block effect on the thermal invasion without sealing, and this effect can be ignored with sealing. These results can provide a reference for optimizing the seal gap-cavity structure configuration.     

面向临近空间目标拦截的预测命中点设计方法

针对基于吸气式高超声速平台的临近空间目标拦截概念方案,考虑由于吸气式动力拦截平台飞行策略与火箭动力拦截弹的区别,导致传统预测命中点设计方法不适用的问题,开展面向吸气式高超声速平台的拦截预测命中点设计方法研究。首先,基于拦截空域最大的原则,结合吸气式动力飞行策略构建高超声速拦截平台的标准弹道族;然后通过将多约束拦截预测命中点设计问题分解为基于航程约束的拦截时间迭代计算问题和满足高度约束的拦截点的高效筛选问题,快速完成预测命中点规划。最后,通过仿真实验说明了提出的面向吸气式高超声速拦截平台预测命中点规划方法的有效性。     

基于距离走动校正和多普勒高阶项补偿的高超音速目标检测方法

针对机载雷达对高超音速运动目标的检测性能下降问题,首先建立了高超音速运动目标回波信号模型,在此基础上定量分析了目标高超音速运动引起的跨距离单元走动和多普勒频率时变现象。经过详细推导,利用Keystone变换法完成了回波的跨距离单元走动校正,并将基于高阶模糊度函数的参数估计技术应用于高超音速目标多普勒参量估计中,补偿多普勒高阶项后进行相参积累处理。通过计算机仿真证明了所提方法的有效性。     

基于奇异摄动与反馈线性化的滑翔制导律

针对高超声速再入飞行器最远距离滑翔制导关键技术,设计了一种新型制导律.首先,利用奇异摄动理论对再入飞行器状态变量进行两个时间尺度的划分,将系统状态方程分解成两个低维子系统.然后,应用最优控制理论得出慢时间尺度上的解,并将其作为降维后的最优参考轨迹;在此基础上,利用非线性微分几何反馈线性化方法,设计快时间尺度制导指令,实...     

高超声速飞行器TPS破损修复涂料

分别采用环氧树脂和呋喃树脂作为基体混合碳化硅粉末与晶须制备了耐高温修复涂料.以氧-乙炔烧蚀试验测试涂料的耐高温烧蚀性能,用扫描电子显微镜分析烧蚀后涂料表面的微观形貌,用X射线衍射、表面能谱分析对涂料烧蚀后成分进行分析表征.结果表明:碳化硅粉末与晶须的质量分数比为8/4的呋喃树脂/碳化硅体系涂料具有良好的耐高温烧蚀性能,...     

高超声速飞行器隔热材料技术研究进展

综述了以刚性陶瓷隔热瓦、陶瓷纤维隔热毡及轻质烧蚀材料为代表的飞行器隔热材料技术最新研究进展,详细介绍了这些隔热材料的组成、结构和性能特点,总结了这些材料在高超声速飞行器上的应用,展望了高超声速飞行器隔热材料的未来发展.     

高超声速飞行器混合灵敏度控制器设计

由于高超声速飞行器飞行过程中存在无法预知的扰动和不确定因素,选用H∞鲁棒控制理论进行控制系统设计。研究了H∞混合灵敏度优化设计方法,选取适当的加权函数,根据＂2-Riccati方程＂利用Matlab鲁棒工具箱设计控制器。仿真结果表明,采用混合灵敏度设计方法设计出的控制器能够满足设计指标的要求,达到很好的控制效果。     

Planar laser scattering visualization of streamwise vortex pairs in a Mach 6 flow

A series of cross-sectional flow fields of Counterrotating Vortex Pairs(CVPs) generated by a large-scale ramp vortex generator is observed using an ice-cluster-based Planar Laser Scattering(PLS) method in a shock tunnel with a nominal flow Mach number of 6. Combined with a numerical simulation, two streamwise CVPs with opposite rotating directions are identified in the wake flow of the vortex generator with an absence of a boundary layer, namely, a Primary CVP(PCVP) and a Secondary CVP(SCVP). Th...     

高超声速双模块内转式进气道的流动特性研究-Part I： 设计状态

本文通过特征线法设计了基于多道激波+等熵压缩波的基准流场,在此基础上通过流线追踪法设计了双模块内转式进气道。通过数值仿真和风洞试验相结合的方法,获得了内转式进气道的内外流特性。研究结果表明：在内转进气道最大半径对应的角区位置存在大量的边界层堆积,受第二道激波/边界层干扰,在激波根部卷起锥形旋涡;在内转式进气道内部,唇罩激波和管道边界层干扰显著,管道内存在自唇罩指向压缩面的强周向压力梯度,从而诱导管道内边界层均往一处汇聚,卷起大尺度流向涡。仿真和试验结果表明在来流马赫数5.74,攻角0度状态下,进气道气动性能优良,出口总压恢复系数系数达到0.58,最大抗反压为112倍。     

耦合进排气壳的增压器涡轮流动干扰及激振力弱化研究

为探究船用增压器涡轮在耦合进排气壳条件下的流动特性,采用SST湍流模型和FFT方法对某增压器轴流涡轮与进排气壳耦合的流场进行非定常数值模拟,重点分析排气壳非对称流场对涡轮动叶片压力的干扰特性和扰动来源,在此基础上提出基于导叶非对称布局的激振力弱化改型方案并进行了验证。结果表明：进气壳影响静叶前缘静压沿周向的分布,排气壳流场导致的非对称背压会给动叶表面造成低频的压力波动,约为3.6%的转子通过频率,在尾缘吸力面处该低频波动幅值大于动静叶排干涉导致的高频波动幅值;排气壳内部复杂的分离流动和涡系结构是产生上述流动干扰的主要原因。4种非对称布局方案都能在几乎不影响涡轮性能的前提下分散并弱化高频波动幅值;其中Case2尾缘高频幅值减小了98.6%,低频幅值减小了52.6%,而且涡轮效率还有略微提高,为最优布局。