国家自然科学基金(91216204)
- 作品数：25 被引量：156H指数：9
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- 相关机构：中国空气动力研究与发展中心四川大学中国运载火箭技术研究院更多>>
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- 热气动弹性变形对飞行器结构温度场的影响研究被引量：11
- 2015年
- 气动加热造成的结构温升可能造成飞行器结构失效从而带来安全隐患。准确预测结构温度场在高超声速飞行器热防护系统与结构设计中显得尤为重要。气动热与传热耦合是提高结构温度场预测精度的有效手段,经长期研究与发展,不管是耦合方法研究还是实际工程应用都已开展了大量工作。但这些研究工作均未考虑结构变形对气动加热和结构温度场的影响。而在实际飞行过程中,特别是长时间飞行后,结构变形对结构温度场的影响往往是不能忽略的,对气动力/热环境也都有直接的影响。本文以飞行器静热气动弹性计算方法为基础,对高超声速飞行器机翼模型进行了考虑热气动弹性变形影响的气动热与传热耦合计算,并与不考虑变形对热环境影响情况的计算结果进行了对比分析。结果表明,虽然对于大面积区域变形对气动热/结构温度场的影响较小,但对于热防护结构重点关注且精度要求较高的前缘驻点附近区域计算结果变化明显。由此,也说明了考虑弹性变形对结构温度场预测的重要性。该研究工作为进一步提高飞行器结构温度场预测精度和结构热安全性能评估能力奠定了基础。
- 刘磊桂业伟耿湘人唐伟王安龄
- 关键词：多场耦合
- 辐射加热对返回舱气动热环境影响的数值研究被引量：7
- 2015年
- 基于高超声速再入飞行器气动热环境预测分析的需要,建立了高温非平衡气体辐射加热对飞行器热环境影响的计算分析手段。采用数值求解化学非平衡N-S方程的方法,对返回舱绕流流场进行模拟,获得高温空气组分质量分数和温度等流场参数分布。基于辐射传输方程,考虑高温气体组分的主要辐射机制,计算分析高温流场气体辐射加热对返回舱热环境的影响。分析表明,在同一飞行弹道条件下,返回舱大底半径尺寸对气动加热的影响较大,在再入热环境严酷区,辐射加热对物面总热流的贡献达30!;产生辐射加热效应的主要机制是高温流场中O和N原子产生连续谱和线状谱以及N2的第一正带系;物面催化效应对辐射加热影响不大。
- 高铁锁江涛丁明松董维中桂业伟
- 关键词：返回舱高温气体对流传热化学组分
- 一种仿HX扁平面对称类升力体布局气动特性分析被引量：7
- 2017年
- 为解决HTV-2飞行器存在的横侧向稳定性问题,采用二次曲线方法及CST方法,提出了一种对HTV-2外形进行改进的仿HX气动模型,并对二者气动特性进行了综合对比分析。重点探究了仿HX外形在横侧向稳定性方面相比于HTV-2的改进,同时对仿HX飞行器两侧小翼采用正交设计进行了关键气动布局参数分析,并对尾部控制舵进行了匹配设计。结果表明,HX外形在保持HTV-2外形高升阻比特性的同时,能够显著地增强偏航方向的稳定性,改进效果主要与两侧小翼翼高及面积呈正相关,在小安装角度下对安装角度变化不敏感。同时经过质心与控制舵匹配设计,该方案具备较高的控制效率和合理的配平攻角范围。
- 刘深深解静冯毅唐伟桂业伟
- 关键词：高超声速飞行器概念设计
- 高超声速飞行器热气弹静态问题研究被引量：9
- 2013年
- 采用气动力/气动热/热结构相耦合的方法对高超飞行器机翼结构静态热气动弹性问题进行了研究。为保证耦合计算效率,达到快速预测热气动弹性特性的能力,气动力/气动热计算采用工程方法,热响应和热应力/热变形计算采用有限元方法。以典型高超声速飞行器机翼模型为研究对象,对其热气动弹性特性进行了计算与分析。计算结果表明,气动加热造成的结构温升不仅对材料热物性参数产生影响,对机翼模型的气动弹性特性也影响显著。准确预测飞行器热气动弹性特性对飞行器结构设计十分必要。
- 刘磊桂业伟耿湘人唐伟王安龄
- 关键词：高超飞行器多场耦合
- 火星探测着陆器气动布局研究被引量：7
- 2015年
- 火星探测活动是当前深空探测领域发展的热点,火星探测着陆器进入过程的气动布局问题是火星探测器设计的关键之一。根据国外火星探测器气动布局及地球轨道再入返回舱气动布局,从大气环境和布局形式两个方面出发研究火星探测器的主要气动特点,基于工程算法讨论了探测器所处大气环境及其布局形式对其高超声速升阻特性、配平特性及静稳定性的影响规律。大气环境分析表明,在高超声速进入条件下,火星大气热力学性质的改变,会改变高超声速气动力的大小和分布,会增加探测器的升阻力系数,对探测器的升阻比和配平特性影响很小,略提高飞行静稳定性。布局形式分析认为,球锥布局的防热大底较球冠布局具有更大的气动阻力,有利于着陆器减速,且较小的法向偏移量可实现足够的配平需求;球锥布局俯仰静稳定度对轴向的敏感度较低,也是探测器从气动考虑选用球锥布局的原因。相关研究结论可为火星探测着陆器的气动布局设计提供理论参考和技术支持。
- 杨肖峰唐伟桂业伟肖光明冯毅
- 关键词：火星探测器大气环境
- MSL火星探测器高超声速流场预测及气动性分析被引量：9
- 2015年
- 为获取火星探测器升力-弹道式进入火星大气层的气动特性,以火星科学实验室探测器(MSL)为研究对象,开展基于有效比热比方法的高超声速流动的数值模拟研究,并建立探测器进入过程的气动性能分析方法。计算分析表明,探测器绕流流场因有效比热比较小而具有很薄的激波层,物面气动力与文献值吻合良好;气动分析表明,对特定飞行状态,质心位置决定配平升阻比和俯仰静稳定度,合理的质心法向偏移和纵向移动可满足探测器的升阻特性和静稳定性,同时给定的配平特性和静稳定性要求也可指导质心位置调整,进而为探测器的气动布局设计和舱内设备布置提供建议。
- 杨肖峰唐伟桂业伟
- 关键词：火星探测器气动分析计算流体力学高超声速流
- 化学模型对数值模拟等离子体流动的影响研究被引量：10
- 2016年
- 针对典型再入飞行试验条件,基于求解化学非平衡N-S方程的数值方法,对再入体非平衡等离子体绕流进行数值模拟,比较分析了两种典型化学模型对电子数密度数值模拟结果的影响。研究发现,7组分化学模型的电子数密度模拟结果具有较好的一致性,而11组分化学模型的数值模拟结果则存在较大差异,产生差异的主要机制在于不同模型中氧原子的电离效应,总体上Park模型的数值模拟结果与飞行测量结果具有较好的一致性。
- 高铁锁董维中江涛丁明松刘庆宗
- 关键词：化学模型数值模拟
- 来流参数对防热瓦横缝旋涡结构及热环境的影响被引量：13
- 2016年
- 针对高超声速飞行器表面缝隙内部流动,通过求解可压缩Navier-Stokes方程,自主研发了一套能够较好模拟缝隙流动特性的计算流体力学(CFD)软件。利用该软件研究了来流参数对防热瓦横缝旋涡结构及热环境的影响。计算结果表明:随着来流雷诺数的增加,缝内旋涡结构呈现主涡个数增多形态趋于饱满的变化趋势,缝隙壁面绝对热流和无量纲热流增加;随着来流马赫数的增加,缝内主涡个数、形态基本不变,但主涡旋转速度增加,缝隙壁面绝对热流增加,无量纲热流基本不变;随着来流迎角的增加(迎角较小时),缝内旋涡结构和热流变化规律基本与增加来流雷诺数相同。由此分析可知,涡量向下传递并形成旋涡的距离,即形成所谓"死水区"的深度,主要由来流雷诺数和来流迎角决定。
- 邱波国义军张昊元曾磊石友安桂业伟
- 关键词：高超声速旋涡热流分布
- 探路者号火星探测器气动热和传热耦合分析被引量：7
- 2014年
- 本文建立高超声速气动热和结构传热的松耦合计算方法,以探路者号火星探测器为研究对象,开展了探测器高超声速气动热和结构传热的耦合计算研究,分析了探测器进入条件下某轨道点上气动加热和结构传热机理。耦合计算表明,随着时间的推进,表面结构温度逐渐升高,壁面热流相对降低,表面趋向辐射平衡温度。因热防护系统结构传热时间尺度长于飞行器进入过程总时间,探测器进入的真实过程滞后于辐射平衡过程。耦合研究表明,使用耦合计算方法能较好地再现真实的气动加热和结构传热过程。
- 杨肖峰唐伟桂业伟刘磊肖光明
- 关键词：火星探测器气动热传热
- 风洞热结构考核中温度场相似准则问题研究
- 2014年
- 高速飞行会让飞行器结构承受大量的气动加热从而导致结构温度或应力失效,高超声速飞行器设计过程中通常需要进行结构考核试验。受风洞设备能力限制,试验模型尺寸、来流条件等方面与实际飞行条件存在很大差异。对真实模型进行缩放处理后进行风洞热结构考核,并通过相似关系转换获得真实飞行器结构温度情况,为飞行器防热布局设计提供有效数据支撑,有着迫切需求。本文通过热传导方程对模型相似参数进行讨论,并根据风洞试验实际边界情况进行了讨论研究。获得了具有针对性的相似准则关系。最后,经过对提出的相似参数进行的算例考核计算和初步分析,验证了该相似准则的正确性。
- 刘磊桂业伟杜雁霞耿湘人王安龄
- 关键词：温度场
