高超聲速飛行器因其在速度方面的絕對優(yōu)勢,在民用運輸以及國防軍事方面有著重要的戰(zhàn)略地位,世界各國都十分重視高超聲速飛行技術(shù),其中減阻和熱防護一直是飛行器發(fā)展要解決的兩個重要問題。高超聲速飛行器飛行時與空氣來流摩擦轉(zhuǎn)化為熱量,這些熱量會產(chǎn)生復雜的物理現(xiàn)象,其中最明顯的就是熱電離,其使飛行器周圍的流體具備一定的導電性,如何利用這一特性來控制飛行器周圍的流場從而達到減阻和降熱的目的也成為一研究熱點。本文在已有逆向噴流和磁場控制研究的基礎(chǔ)上,數(shù)值模擬了在高超聲速飛行下磁場對半球體飛行器磁流體逆向噴流的干擾作用,分析了磁場干擾作用下對飛行器的減阻效果。建立了偶極子磁場作用下磁流體逆向噴流的計算模型,對數(shù)值求解方發(fā)通過仿真驗證計算方法的有效性。進而對不同強度偶極子磁場和磁流體的相互作用進行研究,分析了不同磁場強度條件下逆向噴流的流場結(jié)構(gòu)以及各流場參數(shù)。結(jié)果顯示,隨著磁場強度的增加,激波脫體距離在一定范圍內(nèi)增加,激波在半球體兩側(cè)逐漸變寬,阻力系數(shù)減小,在激波層與半球體之間的流體速度等參數(shù)數(shù)值逐漸降低。分析了在相同磁場條件下不同噴壓比對于偶極子磁場和帶電流體的影響。結(jié)果表明,隨著噴壓比的增加,激波脫體距... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

高超聲速飛行器X-51A

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-8-第2章控制方程及計算方法驗證2.1引言在本章中首先在流體力學三個控制方程的基礎(chǔ)上引入了磁流體控制方程，然后根據(jù)研究特點選擇合適的計算方法，最后通過與實驗結(jié)果進行對比，驗證數(shù)值求解方法的可行性和有效性。2.2物理模型本文主要研究磁場對于半球體高超聲速飛行器逆向噴流帶電流體的干擾作用。參照文獻[55]，這里所用的物理模型如圖2-1所示。模型直徑為md，噴口直徑為jd。為減小來流邊界條件在這里對流場的影響，將半球體計算區(qū)域的邊界條件定義在半徑為10處[56]。其中半球體中心位于坐標點原點，噴口方向為X軸負方向，來流為X軸正方向。圖2-1所示為本章計算采用的逆向噴流示意圖。其中，0p、0T、0M、0，分別為自由來流的壓強、溫度、馬赫數(shù)、比熱比，0jp、0jT、jM、j分別為噴流的壓強、溫度、馬赫數(shù)、比熱比。圖2-1半球體模型2.3數(shù)值計算方法2.3.1磁流體力學控制方程組本文從電磁學的基本理論出發(fā)，對理想的磁流體應(yīng)用范圍進行了一些基本

哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文-15-到方程的數(shù)值解。2.3.4計算網(wǎng)格由于噴流和來流的相互作用，在噴口附近的流場結(jié)構(gòu)相較來流處以及半球體兩側(cè)的流場較為復雜，所以對半球體噴口附近的網(wǎng)格進行加密，同時為了能夠節(jié)省計算資源提高計算效率，在流場變化不大的地方網(wǎng)格適當稀疏。為了能更好捕捉球頭體表面的流場，對球頭體近壁面以及臨近區(qū)域進行了加密，壁面網(wǎng)格與球頭體表面的距離小于0.01mm；為了提高計算效率，對流場變化不大的部分使用較稀疏的網(wǎng)格，由壁面向外網(wǎng)格間距以1.05的比率增加。網(wǎng)格模型如圖2-2所示。圖2-2計算網(wǎng)格由于在激波層內(nèi)流場結(jié)構(gòu)會發(fā)生劇烈變化，流動參數(shù)也會發(fā)生很大變化，除此之外，考慮壁面函數(shù)對于壁面網(wǎng)格間距的要求，所以在研究前對網(wǎng)格無關(guān)性進行了計算。首先對y相關(guān)變量進行定義：+τnuyy=V(2-33)/wu(2-34)uuyu(2-35)其中，u表示摩擦速度，ny為第一層網(wǎng)格距離壁面的法向距離，w表示壁面切應(yīng)力，u為無量綱速度，y為壁面速度率。在邊界層線性底層內(nèi)的流動特性為粘性流動，粘性占據(jù)主導地位。為了保證壁面函數(shù)計算準確，需要對基于


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