本文關鍵詞：表面微結構減阻的機理研究與優(yōu)化設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

《北京交通大學》 2015年

基于表面微結構的高超聲速飛行器減阻降溫技術研究

鄭彬  

【摘要】：隨著飛行器的迅速發(fā)展,氣動加熱成為高超聲速飛行器設計和研制的重點研究問題。當飛行器以超聲速甚至高超聲速飛行時,由于空氣的粘性阻滯作用,壁面邊界層內具有很大的速度梯度,導致各氣流層產生了強烈的摩擦,強烈的氣動摩擦使壁面附近的氣溫急劇升高,而高溫氣體又不斷向飛行器低溫壁面?zhèn)鳠?進而引起很強的氣動加熱,有很大的可能致使飛行器的結構外形發(fā)生燒蝕、結構強度以及剛度等發(fā)生改變,對高超聲速飛行器的正常飛行以及安全問題帶來極為嚴重的影響。 而近年來微結構減阻技術的研究取得巨大的進步,本文對國內外微結構減阻技術的研究現(xiàn)狀及進展進行總結,通過對湍流產生機理及近壁面湍流結構模型的分析,從“第二渦群”和“突出高度”理論兩個方面分別闡述了微結構減阻的機理,發(fā)現(xiàn)大量的試驗和實際應用證明了微結構減阻的可行性。本文嘗試將微結構技術應用在高超聲速飛行器的表面,通過仿真,來研究表面微結構對高超聲速氣動熱的影響。 首先,通過二維的模擬仿真,發(fā)現(xiàn)直角三角形微結構,以100m/s入口處速度為例,可以將前壁面的平均速度降低到v=15.67m/s,后壁面的平均速度降低到v=24.49m/s,大大減小了壁面摩擦阻力。 然后,采用CFD分析軟件Fluent對某一型號的飛行器進行了整體氣動熱的分析,并對比不同飛行馬赫數(shù)以及飛行環(huán)境參數(shù)下飛行器的氣動熱情況。 在上述研究的基礎上,在舵翼處增加表面微結構,研究了表面微結構的存在對繞流流場特性尤其是近壁面處邊界層內流動的影響,進而分析表面微結構對氣動加熱熱流的影響。結果發(fā)現(xiàn)增加順流向貫通微結構的舵翼平均溫度為909K,與未增加微結構的933K相比降低了24K,降溫率達到2.57%。并通過對比不同尺寸及形狀的表面微結構,得到降溫效果最佳的微結構為順流向三角形肋條狀貫通微結構。 論文所完成的有關表面微結構湍流邊界層減阻的機理分析以及數(shù)值模擬仿真計算,對將來進一步深入開展該領域的研究工作具有重要的參考和指導意義。

【關鍵詞】：
【學位授予單位】：北京交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：V211
【目錄】：

下載全文 更多同類文獻

CAJ全文下載

(如何獲取全文？ 歡迎：購買知網充值卡、在線充值、在線咨詢)

CAJViewer閱讀器支持CAJ、PDF文件格式

【參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前10條

1 王晉軍;溝槽面湍流減阻研究綜述[J];北京航空航天大學學報;1998年01期

2 鄭健;周長省;鞠玉濤;張家仙;;Spalart-Allmaras湍流模型在弧形翼超音速流場數(shù)值模擬中的應用[J];重慶工學院學報(自然科學版);2008年12期

3 夏剛,程文科,秦子增;Spalart-Allmaras湍流模型在高超聲速氣動加熱計算中的應用[J];國防科技大學學報;2002年06期

4 吳大方;潘兵;鄭力銘;王岳武;牟朦;朱林;李松年;;高超聲速飛行器材料與結構氣動熱環(huán)境模擬方法及試驗研究[J];航天器環(huán)境工程;2012年03期

5 董維中;氣體模型對高超聲速再入鈍體氣動參數(shù)計算影響的研究[J];空氣動力學學報;2001年02期

6 王晉軍,李亞臣;溝槽面三角翼減阻特性實驗研究[J];空氣動力學學報;2001年03期

7 潘家正;湍流減阻新概念的實驗探索[J];空氣動力學學報;1996年03期

8 章春亮;有限元分析中的單元劃分質量與計算精度[J];輕工機械;2002年01期

9 封貝貝;陳大融;汪家道;;亞音速飛行器壁面溝槽減阻研究與應用[J];清華大學學報(自然科學版);2012年07期

10 石秀華，宋保維，包云平;條紋薄膜減小湍流阻力的試驗研究[J];水動力學研究與進展(A輯);1996年05期

【共引文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前10條

1 趙群;陳建平;;基于GIS地貌景觀三維可視化系統(tǒng)應用的初步研究[J];現(xiàn)代農業(yè)科技;2009年01期

2 趙群;馬曉燕;甘宇亮;胡振彪;;城市景觀三維可視化系統(tǒng)的應用研究——以青島市為例[J];現(xiàn)代農業(yè)科技;2009年22期

3 王晶;張成春;任露泉;韓志武;;Numerical Simulation on Flow Control for Drag Reduction of Revolution Body Using Dimpled Surface[J];Journal of China Ordnance;2011年01期

4 王淑花;武萬良;王樹成;;低溫下1Cr18Ni9Ti鋼焊接接頭的拉伸性能和斷口形貌研究[J];兵器材料科學與工程;2007年01期

5 張成春;任露泉;王晶;張永智;;旋成體仿生凹坑表面流場控制減阻仿真分析[J];兵工學報;2009年08期

6 張傳明;潘懋;吳煥萍;徐繪宏;;保持拓撲一致性的等高線化簡算法研究[J];北京大學學報(自然科學版);2007年02期

7 吁日新,朱自強;B樣條應用于超限插值的網格生成方法[J];北京航空航天大學學報;2003年01期

8 拓雙芬,朱自強,陳迎春;結構非結構網格中的數(shù)值優(yōu)化計算[J];北京航空航天大學學報;2003年09期

9 王長輝,劉宇,覃粒子;多單元直排塞式噴管發(fā)動機性能[J];北京航空航天大學學報;2004年07期

10 李樹索,周春根,宮聲凱,宋盡霞,韓雅芳;噴丸處理對IC6合金制導向葉片NiCoCrAlY涂層使用性能的影響[J];北京航空航天大學學報;2004年10期

中國重要會議論文全文數(shù)據庫 前10條

1 魏德洲;高淑玲;劉文剛;;礦石旋流分選技術研究進展[A];2009中國選礦技術高峰論壇暨設備展示會論文[C];2009年

2 謝素明;李曉峰;兆文忠;李婭娜;;CAE建模與工程驗證[A];首屆中國CAE工程分析技術年會暨2005全國計算機輔助工程(CAE)技術與應用高級研討會論文集[C];2005年

3 馬建平;樊建中;肖伯律;石力開;;SiC_p/Al復合材料在航空航天領域的應用與發(fā)展[A];復合材料——基礎、創(chuàng)新、高效：第十四屆全國復合材料學術會議論文集（上）[C];2006年

4 陶永強;矯桂瓊;王波;常巖軍;;2D編織陶瓷基復合材料加載速率效應的試驗研究[A];第十五屆全國復合材料學術會議論文集（下冊）[C];2008年

5 劉凱禮;李博;雷雨冰;張堃元;;寬高比對二元高超聲速進氣道性能的影響研究[A];第一屆高超聲速科技學術會議論文集[C];2008年

6 胡海洋;季辰;劉子強;白鵬;;大展弦比機翼亞聲速靜氣動彈性數(shù)值計算研究[A];第十一屆全國空氣彈性學術交流會會議論文集[C];2009年

7 黃建棟;吳頌平;;矢量噴流對無尾三角翼飛機氣動特性的影響[A];北京力學會第13屆學術年會論文集[C];2007年

8 劉明;;導彈飛行過程動力學仿真[A];北京力學會第14屆學術年會論文集[C];2008年

9 任露泉;王淑杰;韓志武;邱兆美;;植物孢粉壁非光滑表面結構特征及其仿生脫附機理[A];農業(yè)機械化與全面建設小康社會——中國農業(yè)機械學會成立40周年慶典暨2003年學術年會論文集[C];2003年

10 彭婭玲;張志國;汪禮;戴瑪麗;;非穩(wěn)態(tài)NACA翼型繞流興波的數(shù)值模擬研究[A];2007年船舶力學學術會議暨《船舶力學》創(chuàng)刊十周年紀念學術會議論文集[C];2007年

中國博士學位論文全文數(shù)據庫 前10條

1 艾尚茂;管土耦合邊界下海底懸跨管道渦激振動研究[D];哈爾濱工程大學;2010年

2 高曉陽;甘肅河西大麥麥芽干燥控制系統(tǒng)研究[D];甘肅農業(yè)大學;2010年

3 歐禮堅;船舶螺旋槳及推進裝置故障診斷關鍵技術研究與應用[D];華南理工大學;2010年

4 付強;1000MW核電站離心式上充泵水力設計與結構可靠性研究[D];江蘇大學;2010年

5 孟慶鴻;松科1井復雜地層取心鉆具及泥漿優(yōu)化設計和應用研究[D];中國地質大學（北京）;2011年

6 韓書謨;1100kV GIS中SF6斷路器關鍵技術研究[D];沈陽工業(yè)大學;2010年

7 張俊秋;耦合仿生抗沖蝕功能表面試驗研究與數(shù)值模擬[D];吉林大學;2011年

8 呂林;海洋工程中小尺度物體的相關水動力數(shù)值計算[D];大連理工大學;2006年

9 周明哲;航空用2E12合金熱處理工藝與疲勞行為的相關基礎問題研究[D];中南大學;2010年

10 王倩;高超聲速飛行器飛行控制系統(tǒng)設計方法與仿真研究[D];復旦大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據庫 前10條

1 趙大為;空間熱循環(huán)和輻照環(huán)境對LF6鋁合金焊接組織及性能的影響[D];河南理工大學;2010年

2 黃科輝;鈦鋁化合物的原位復合技術及其組織性能研究[D];南昌航空大學;2010年

3 蘇超;變壓吸附管道流體動力學特性研究[D];山東科技大學;2010年

4 陳潔達;單軸雙輸送低比轉速離心泵的設計與性能研究[D];浙江理工大學;2010年

5 張波;缸內流場結構對天然氣發(fā)動機性能影響的模擬研究[D];哈爾濱工程大學;2010年

6 韓芳明;船用換熱式慣性濾清器物理場耦合計算[D];哈爾濱工程大學;2010年

7 魏國亮;多級壓氣機三維流場數(shù)值模擬研究[D];哈爾濱工程大學;2010年

8 李鐵軍;多級除塵器氣動性能分析[D];哈爾濱工程大學;2010年

9 孫鵬翔;鯊魚皮微溝槽減阻機理與復制技術基礎研究[D];大連理工大學;2010年

10 仲強;三維凹坑形自組裝涂層表面的特征及其減阻性能研究[D];大連理工大學;2010年

【二級參考文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前10條

1 吳大方,高鎮(zhèn)同,王永海;模糊控制在導彈瞬態(tài)氣動熱流試驗中的研究[J];北京航空航天大學學報;2002年06期

2 王晉軍,蘭世隆;溝槽面湍流邊界層湍流度分布[J];北京航空航天大學學報;1998年02期

3 陳強,唐登斌,曹起鵬;湍流大渦破碎裝置的減阻研究[J];彈道學報;2001年04期

4 王樂善,王慶盛;結構熱試驗技術的新發(fā)展[J];導彈與航天運載技術;2000年02期

5 畢士冠;;國外超聲速巡航導彈發(fā)展戰(zhàn)略與技術途徑討論(下)——類別地位與發(fā)展態(tài)勢評析[J];飛航導彈;2007年02期

6 夏剛,程文科,秦子增;Spalart-Allmaras湍流模型在高超聲速氣動加熱計算中的應用[J];國防科技大學學報;2002年06期

7 吳大方,房元鵬,張敏;高速飛行器瞬態(tài)氣動熱試驗模擬系統(tǒng)[J];航空計測技術;2003年01期

8 ;EFFECT OF THE RIBLETS SURFACE ON THE BOUNDARY LAYER DEVELOPMENT[J];Chinese Journal of Aeronautics;1996年04期

9 ;Numerical simulation on drag reduction of revolution body through bionic riblet surface[J];Science China(Technological Sciences);2010年11期

10 曾揚兵,沈孟育,王保國,劉秋生;非結構網格生成Bowyer-Watson方法的改進[J];計算物理;1997年02期

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據庫 前9條

1 王曉玲;樊彥亭;;一種基于表面微結構提高LED光提取率的方法[J];北京信息科技大學學報(自然科學版);2011年03期

2 蔣尹爽;宋正勛;董莉彤;余燁;王作斌;尹福昌;;表面微結構化探測器的靈敏度分析[J];長春理工大學學報(自然科學版);2013年05期

3 朱永偉;王占和;范仲俊;云乃彰;;摩擦副表面微結構及其超聲復合電加工技術研究[J];中國機械工程;2008年24期

4 張文龍;周平;吳承偉;;微柱和微管陣列結構表面的抗熱沖擊特性[J];力學學報;2013年02期

5 張云電,趙峰,汪新中;氣缸工作表面微結構數(shù)控激光成形機[J];中國機械工程;2005年06期

6 單以洪;馮仕猛;王坤霞;田嘉彤;徐華天;周玲;楊樹泉;鞠雪梅;;單晶硅表面微結構調節(jié)技術的改進[J];硅酸鹽學報;2012年06期

7 王澤;周明;談衡;葉霞;戴國洪;;電鑄法復制疏水植物表面微結構的方法[J];電鍍與精飾;2012年11期

8 蔣新晨;孫華;;太陽能電池表面腔竅結構的吸收增強研究[J];蘇州大學學報(自然科學版);2012年04期

9 ;[J];;年期

中國重要會議論文全文數(shù)據庫 前5條

1 鄭紀勇;藺存國;肖春鵬;段東霞;王利;張金偉;周娟;許鳳玲;;貽貝殼體表面微結構對底棲硅藻的防除性能研究[A];2012船舶材料與工程應用學術會議論文集[C];2012年

2 蘇業(yè)旺;季葆華;黃永剛;黃克智;;表面微結構形狀和尺寸對生物濕黏附的影響[A];慶祝中國力學學會成立50周年暨中國力學學會學術大會’2007論文摘要集（下）[C];2007年

3 靳釗;余浩杰;;表面微結構防污薄膜的研究初探[A];2011年全國高分子學術論文報告會論文摘要集[C];2011年

4 付德君;郭立平;劉傳勝;任峰;蔣昌忠;葉明生;彭友貴;范湘軍;;加速器-電鏡聯(lián)機項目進展[A];第十一屆全國活化分析學術會議論文摘要匯編[C];2006年

5 錢斯文;王建方;吳文健;杜現(xiàn)禮;;納米粒子填充法制備超疏水涂層及其表面微結構研究[A];中國化學會第26屆學術年會納米化學分會場論文集[C];2008年

中國博士學位論文全文數(shù)據庫 前2條

1 梅浩;新型表面微結構硅及其在太陽能熱電系統(tǒng)應用的研究與探索[D];重慶大學;2011年

2 陽雪兵;小徑高速液體懸浮主軸熱動力潤滑特性與表面微結構效應研究[D];湖南大學;2011年

中國碩士學位論文全文數(shù)據庫 前10條

1 王曉楠;不同試驗條件下表面微結構的摩擦學特性研究[D];南京航空航天大學;2012年

2 王憲良;鈦合金表面微結構的微細加工及水溶液摩擦學特性研究[D];南京航空航天大學;2010年

3 高海平;分子自組裝在表面微結構防污材料制備中的應用研究[D];中國海洋大學;2010年

4 謝國濤;基于貝殼表面微結構的仿生表面制備技術研究[D];武漢理工大學;2012年

5 張文龍;仿生表面微結構的熱防護性能研究[D];大連理工大學;2013年

6 鄭彬;基于表面微結構的高超聲速飛行器減阻降溫技術研究[D];北京交通大學;2015年

7 王霄;鈦合金表面微結構的制備及其紅外/雷達隱身特性研究[D];南京航空航天大學;2009年

8 周正陽;表面微結構減阻的機理研究與優(yōu)化設計[D];上海交通大學;2013年

9 徐鵬飛;滑動表面微結構仿真設計及試驗研究[D];南京航空航天大學;2013年

10 張學蕊;鋁合金表面微結構的高速微銑削加工與疏水性能研究[D];長春理工大學;2014年

  本文關鍵詞：表面微結構減阻的機理研究與優(yōu)化設計，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

，

本文編號：220397