【摘要】：氣動熱環(huán)境預測是復雜外形高超聲速飛行器工程計算中的關鍵問題,使用高效的氣動熱工程近似計算方法是飛行器早期設計階段熱預測的首選方案。然而,傳統(tǒng)的工程方法對外形的適應性低,需要人工進行區(qū)域劃分和近似,不同外形的程序無法直接復用,開發(fā)投入高回報低。本文建立的氣動熱環(huán)境在線可視化計算平臺是對氣動熱方法的擴展,對外形的適應性強,通用自動化程度高,提高了外形設計工作的效率。本文研究基于流線追蹤方法,在利用流場的附著線特征結合駐點熱流方法進行計算氣動熱的基礎上,改進了流線圖譜的計算方法,實現了自動提取附著線特征。算法應用于多個外形,對有效性和適用性進行了分析。算例表明,改進后的飛行器表面熱流分布合理,且該氣動熱方法具有適中的精度,能滿足復雜外形飛行器早期設計的需要。本文建立的氣動熱環(huán)境快速計算平臺是對工程算法的實際應用,具有通用、快捷、可靠的特點。論文首先從技術選型、數據結構組織、算法實現關鍵技術以及系統(tǒng)詳細設計幾個方面介紹平臺的研發(fā)。然后對平臺進行了功能測試和性能測試,測試結果表明平臺界面友好、運算穩(wěn)定、效率出色,使用多線程并發(fā)技術提升了系統(tǒng)的性能�；诹鲌鐾負涞臍鈩訜岘h(huán)境預測平臺經過算例分析和系統(tǒng)測試表明,使用幾何工程流場對類似鈍雙錐的簡單外形能達到較高的精度,總耗時為秒級別;使用數值無粘流場對類似航天飛機的復雜外形有較高的精度,總耗時主要由計算數值無粘流場耗時決定,耗時為分鐘級別。使用幾何工程流場時,通過復用耗時占比高的預處理和流線圖譜數據,能夠減少90%的耗時,極大提升計算效率。
【圖文】：

空航天領域的重要發(fā)展方向之一。高超聲速技術廣泛應用于高超巡航導彈、空天飛機、航天運載器等復雜外形，對國家的綜合國力、安全以及科技進步發(fā)展具有重大的意義。近年來，世界各國競相發(fā)展高超聲速飛行器，主要包括戰(zhàn)略打擊武器和太空運載器。美國空軍在 2013 年啟動“高速打擊武器”（HSSW）項目，，目的是在已有的 X-51A、HTV-2 項目上進一步提高高超聲速巡航導彈和高超聲速助推技術[1]。同年 9 月，美國國防高級研究計劃局首次公布 XS-1 實驗性空天飛機項目，如圖 1-1 所示，目的是發(fā)展低成本高效率的高超聲速運載飛行器，目標是在 10 天內成功往返 10 次，并在 2018 年完成了熱試車點火實驗[2]。俄羅斯在 2017 年上半年完成 3M22 鋯石高超聲速反艦導彈試射，如圖 1-2 所示，試射中速度達到了 Ma8，導彈的目標飛行速度達 Ma9，射程達1000km，在 2018 年底完成最近一次實驗，速度再次達到 Ma8[3]。俄羅斯在 2017 年 1月首次披露 GZUR 高超聲速制導導彈項目，飛行速度可達 Ma6，射程可達 1500km。法國在 2019 年 1 月宣布，將在 2021 進行 V-max 實驗性機動飛行器飛行試驗。日本在2019 財年預算中進一步加大高超聲速助推滑翔導彈技術的經費支持，計劃在 2026 年與 2028 年完成圓錐體和扁平體兩代導彈的研發(fā)，射程達 300-500km[2]1。2018 年 8 月中國航天空氣動力技術研究院完成國內首個乘波體“星空-2”的飛行實驗，飛行速度達Ma6，飛行高度為 30km。

空航天領域的重要發(fā)展方向之一。高超聲速技術廣泛應用于高超巡航導彈、空天飛機、航天運載器等復雜外形，對國家的綜合國力、安全以及科技進步發(fā)展具有重大的意義。近年來，世界各國競相發(fā)展高超聲速飛行器，主要包括戰(zhàn)略打擊武器和太空運載器。美國空軍在 2013 年啟動“高速打擊武器”（HSSW）項目，目的是在已有的 X-51A、HTV-2 項目上進一步提高高超聲速巡航導彈和高超聲速助推技術[1]。同年 9 月，美國國防高級研究計劃局首次公布 XS-1 實驗性空天飛機項目，如圖 1-1 所示，目的是發(fā)展低成本高效率的高超聲速運載飛行器，目標是在 10 天內成功往返 10 次，并在 2018 年完成了熱試車點火實驗[2]。俄羅斯在 2017 年上半年完成 3M22 鋯石高超聲速反艦導彈試射，如圖 1-2 所示，試射中速度達到了 Ma8，導彈的目標飛行速度達 Ma9，射程達1000km，在 2018 年底完成最近一次實驗，速度再次達到 Ma8[3]。俄羅斯在 2017 年 1月首次披露 GZUR 高超聲速制導導彈項目，飛行速度可達 Ma6，射程可達 1500km。法國在 2019 年 1 月宣布，將在 2021 進行 V-max 實驗性機動飛行器飛行試驗。日本在2019 財年預算中進一步加大高超聲速助推滑翔導彈技術的經費支持，計劃在 2026 年與 2028 年完成圓錐體和扁平體兩代導彈的研發(fā)，射程達 300-500km[2]1。2018 年 8 月中國航天空氣動力技術研究院完成國內首個乘波體“星空-2”的飛行實驗，飛行速度達Ma6，飛行高度為 30km。
【學位授予單位】：西南科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TP311.52;V211;V411

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