分別采用N-S方法與DSMC方法對(duì)頭部鈍化的無(wú)翼航天器及相應(yīng)的人工鈍頭（ABLE）構(gòu)型進(jìn)行計(jì)算分析,對(duì)比了ABLE構(gòu)型在超聲速低空連續(xù)流與高超聲速高空稀薄流中的氣動(dòng)性能,研究了ABLE構(gòu)型的減阻增升原理及其在稀薄流中的減阻增升效率。研究結(jié)果表明:在超聲速低空連續(xù)流中,ABLE構(gòu)型能以較小的熱流增加為代價(jià),顯著提高升阻比,其增升效率隨著迎角的增大而提高,而減阻效率受迎角的影響較小;在高超聲速高空稀薄流中,ABLE構(gòu)型的熱流增量較大,但仍能顯著提高升阻比,其增升效率隨著迎角的增大而提高,且增升效率更高。不同于連續(xù)流中的情況,雖然ABLE構(gòu)型能有效減小波阻,但是增加的濕潤(rùn)面積使得摩擦阻力劇增,從而使得總阻力增大。 

【文章來(lái)源】：飛行力學(xué). 2020,38(06)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：8 頁(yè)

【部分圖文】：

基準(zhǔn)鈍錐(左)與ABLE鈍錐(右)

稀薄流中的計(jì)算一般采用DSMC方法,本文DSMC計(jì)算程序采用美國(guó)Sandia國(guó)家實(shí)驗(yàn)室的Sparta程序。該計(jì)算方法不依賴于連續(xù)性假設(shè),在計(jì)算機(jī)中用大量模擬分子代表真實(shí)氣體分子[10]。通過(guò)采樣的方法確定每個(gè)網(wǎng)格中的粒子狀況,并得到模擬區(qū)域的流場(chǎng)結(jié)果。由于DSMC方法不存在計(jì)算不穩(wěn)定性問(wèn)題,因此網(wǎng)格劃分具有很大的靈活性。根據(jù)Bird的經(jīng)驗(yàn),網(wǎng)格維度取為Δx～(1/3)λ(λ為網(wǎng)格內(nèi)氣體分子的平均自由程),如此便能得到理想的網(wǎng)格劃分。分子間的相互碰撞采用硬球模型(VHS);分子與壁面之間的碰撞選用完全漫反射模型,這是一種以物面溫度為平衡條件的非彈性碰撞模型,模擬粒子碰撞物面之后遵循平衡的Maxwell散射。兩種程序網(wǎng)格劃分情況如圖2所示。本文的無(wú)量綱參數(shù)定義如下:

從圖3中可以看出,不同高度網(wǎng)格計(jì)算結(jié)果差別很小。本文最終選用第一層網(wǎng)格法向高度為1×10-6量級(jí)的結(jié)構(gòu)網(wǎng)格進(jìn)行計(jì)算。為證明稀薄流仿真程序的正確性,對(duì)文獻(xiàn)[11]中的三角錐算例進(jìn)行了仿真校驗(yàn)(模型和計(jì)算狀態(tài)與文獻(xiàn)[11]完全相同),該三角錐模型以及參數(shù)如圖4所示,采用VHS模型,漫反射壁面,全氮?dú)馓畛�。�?lái)流條件如下:遠(yuǎn)方來(lái)流速度V∞=5 640 m/s,單位體積內(nèi)來(lái)流氣體分子個(gè)數(shù)n∞=3.869 20×1020/m3。

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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[3]高超聲速平板近空間氣動(dòng)特性的計(jì)算分析研究[J]. 黃飛,程曉麗,沈清.  宇航學(xué)報(bào). 2009(03)
[4]氣動(dòng)熱CFD計(jì)算的格式效應(yīng)研究[J]. 李君哲,閻超,柯倫,張書(shū)庭.  北京航空航天大學(xué)學(xué)報(bào). 2003(11)



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