高超音速飞行的总温总压计算

本文用化学平衡定熵变成份变比热热力计算法(以下称热力计算法〕计算了Ma=0～7.00、高度H=0～40km的总温、总压随Ma数及高度H的变化规律.计算结果与定成份定比热的气动函数法(下称气动函数法)和修正系数法的计算结果及R-R公司的引用数据进行了比较.给出了总温、总压的相对误差δ_T、δ_P随Ma数及H的变化规律.计算表明,热力计算法与气动函数法相比较,在Ma>3.0之后有显著的差别.     

稀薄流航天器鼻锥迎风凹腔气动力和气动热性能研究

本文采用直接模拟蒙特卡罗(DSMC)方法,对高超声速稀薄流中航天器鼻锥迎风凹腔气动力与气动热性能进行了数值研究。得到了鼻锥外壁面、凹腔侧壁面以及凹腔底面的热流密度分布,分析了不同凹腔深宽比对鼻锥冷却效率以及凹腔腔体内气体参数的影响;以深宽比为1的凹腔为基准,研究了凹腔唇口钝化半径对航天器气动热与气动力的影响。数值结果表明,高超声速稀薄流中迎风凹腔能够降低鼻锥外壁面的热流密度;当凹腔深宽比达到1之后,凹腔侧壁面热流变化趋于一致,热流密度最低点的轴向位置不随深宽比改变,且凹腔底部热流很小;凹腔近底部气体均由稀薄流转化为连续流,腔内气体压力不断振荡;唇口钝化没有明显优势,虽然可以降低鼻锥峰值热流,但是会带来严重的气动力性能下降。     

Simulation of streamwise vortices at the flaps of re-entry vehicles

The present study investigates separated flows in the flap region of the X-38 re-entry demonstrator with respect to the heat loads downstream reattachment induced by streamwise vortices. In a first step generic numerical flow simulations of turbulent ramp configurations with artificially induced vortex disturbances are compared with wind tunnel data of the Ludwieg tube facility in Göttingen (RWG). The results allow insight into the perturbed flow field, the associated flow topology and the influence of different flow parameters that affect the perturbations. For numerical resolution of streamwise vortices in the boundary layer of re-entry vehicles local grids are generated around the flaps of the X-38 vehicle. Extensive studies of arranging and refining the local grids demonstrate good grid convergence. For laminar cases and cases with fixed transition vortex effects on the heat transfer are observed with and without artificial vortex excitation.

Zusammenfassung

Ziel der vorgelegten Studie ist die Untersuchung abgelöster Strömungen im Klappenbereich des X-38 Wiedereintrittsdemonstrators hinsichtlich der durch Längswirbel entstehenden thermischen Belastungen stromab der Anlegelinie. Im ersten Schritt werden turbulente generische Rampenkonfiguratiorien mit künstlich induzierten Wirbelstörungen mit Windkanaldaten des Ludwierohrkanals in Göttingen (RWG) verglichen. Die Ergebnisse erlauben einen Einblick in die Störströmung, der zugehörige Strömungstopologie und der Einflüsse verschiedener Parametervariationen auf die Störströmung. Zur numerischen Auflösung der Längswirbel in der Grenzschicht von Wiedereintrittsvehikeln wurden lokale Netze um die X-38 Klappen generiert. Ausführliche numerische Studien nach Umordnung und Verfeinerung der lokalen Netze zeigen eine gute Netzkonvergenz der Ergebnisse. In laminaren Fällen und solchen mit fester Transition wurden Wirbeleinflüsse auf den Wärmestrom mit und ohne künstliche Wirbelanregung beobachtet.     

大型航天器再入陨落时太阳翼气动力/热模拟分析

采用直接模拟蒙特卡洛（DSMC）方法对大型航天器离轨再入陨落过程中,其太阳翼帆板在稀薄过渡流域的气动力、气动热特性进行数值模拟,计算中采用流场直角与表面三角形非结构混合网格以及网格自适应技术处理这类复杂外形的流动模拟,考虑内能激发和化学反应来准确模拟气动加热,并基于MPI环境的并行算法解决计算量庞大的难题。通过计算分析太阳翼水平和垂直放置时在不同高度、不同攻角下的复杂流动特征,表明在90km以上高空,太阳翼垂直放置时,飞行器头部脱体激波与帆板脱体激波会产生更强烈、更复杂的激波/激波和激波/边界层的干扰,在气动力和气动热的双重作用下要比水平放置时的太阳翼更快地被撕裂并脱离目标航天器。     

一体化小涡扇发动机系统的气动热力数值模拟

建立了一体化弹用小涡扇发动机系统含粘性力项的准三维欧拉流动模型。燃烧室中给出了燃油相对浓度系数经验分布;用代数和椭圆形偏微分方程混合方法分别生成叶栅通道和燃烧室内贴体坐标网格;分别针对压气机转子、静子和涡轮叶栅,定义了三种不同损失系数;采用高阶精度Ｇｏｄｕｎｏｖ格式和时间推进法,交替使用显／隐格式,收敛速度快,计算准确度高。预测了巡航条件下发动机节流特性、内涵喷口几何面积对发动机性能影响,结果与其     

直接求解变比热斜冲波接体最大尖劈角与最小马赫数

由于按强弱两波角接近的方法收敛精度不高，进一步导出直接求解变比热斜冲波接体最大尖劈角与最小马赫数的公式及解法，并用双精度计算机程序作出例题，得出由最大失劈角可反求出原给定马赫数为最小马赫数的满意结果。同时也给出相应定比热ｋ＝１．４结果的百分误差。     

变比热平行混合近似解

平行混合变比热改进解析解，合理、简明、快捷，定比热解误差大。在准确的改进解与定比热解之间，探索了几种简化的近似解，从中看出，冷、热、混三气各简化按其自身静温比热比ｋ＿Ｔ作计算的近似解，结果总的误差较小，可供参照取用。算例包括不等总压及等总压混合，并对等总压混合后总压降低作出初步分析。     

载人飞船返回舱的气动热流率分布

高超声速有攻角钝头轴对称体的载人飞船返回舱的热流率计算，目前已有很多方法。迎面球冠的对流加热率可由风洞试验结果和Ｌｅｅｓ及Ｄｅｔｒａ－Ｋｅｍｐ－Ｒｉｄｄｅｄ等的驻点热流理论作较好预测。拐角圆环区是返回舱上加速流最剧和气动加热最严重的地方。试验结果表明迎风倒锥附着流表面的热流率和背风倒锥分离流表面的热流率分别比零攻角驻点的热流率的１５％和５％还低。