發(fā)布時間：2017-05-12 01:17

  本文關鍵詞：臨近空間高超聲速飛行器繞流紅外輻射特性數值模擬研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】： 高超聲速飛行器具有重要的戰(zhàn)略意義和極高的應用價值,當前許多發(fā)達國家都在著手研究高超聲速技術,相繼將研制高超聲速飛行器作為其國家目標來實現。在眾多的高超聲速武器研制計劃中,臨近空間高超聲速飛行器是一種新型的戰(zhàn)略威懾和戰(zhàn)術運用武器平臺,具有全球攻擊、機動作戰(zhàn)等特點,特別是在遠程打擊、快速突防、電子壓制、對地偵察和預警等方面極具發(fā)展?jié)摿?在國家安全體系中具有極高的軍事戰(zhàn)略價值。對于臨近空間高超聲速飛行器而言,氣動加熱引起的熱輻射將是其紅外輻射特征的最主要組成部分。因此,開展臨近空間高超聲速飛行器繞流紅外輻射特性研究,對于尋求發(fā)展其新的先進有效的紅外隱身技術,成功研制出適應未來高技術戰(zhàn)爭的臨近空間高超飛行器具有十分重要的意義。 本文研究工作的目的就是要探索和建立一種能夠數值模擬臨近空間高超聲速飛行器紅外輻射特征的方法,建立系統(tǒng)的氣動熱與紅外輻射特征預測體系,從而為進一步研究臨近空間高超聲速飛行器的紅外隱身技術奠定基礎。本文針對飛行速度范圍為Ma=4~7,飛行高度范圍為H=15~33km,具有長時間熱載荷和非燒蝕構型等特點的臨近空間高超聲速飛行器繞流流場紅外輻射特性的數值模擬方法進行了初步探索性研究。 在本文中假設流場和輻射場是可解耦的,即:在計算流場時不計熱輻射的影響,然后利用已知的流場參量,計算空氣介質的輻射物性參數以及輻射場參量。因此,本文中紅外輻射特性數值模擬研究主要由三部分組成:流場數值模擬、輻射強度場數值模擬和空氣輻射物性計算。在流場數值模擬部分,為了能夠獲得較為準確的氣動熱數據,采用了Jameson中心格式求解基于完全氣體模型的Navier-Stokes方程組的方法;采用的湍流模型為Baldwin-Lomax模型。在輻射強度場數值模擬部分,借鑒封閉腔內介質輻射換熱數值計算的思想,通過引入“假想界面”建立了封閉輻射換熱系統(tǒng)計算模型;采用有限體積法(FVM)求解熱輻射傳輸方程。在空氣輻射物性計算部分,采用逐線計算法(Line-by-Line)來計算氣體的輻射吸收系數,所需的氣體譜線參數由美國HITRAN數據庫獲得。 高超聲速飛行器設計一般采用乘波體構型。本文對乘波體構型的基本構造原理和設計方法進行了探討,重點介紹了源于楔形流場和正圓錐流場的乘波體構型的設計方法,并且根據高超聲速錐型流的近似解析解建立了錐導乘波體模型。 在確立數值模擬方法的基礎上,編制了相應的計算機程序,實現了流場、空氣輻射物性和輻射強度場的一體化數值模擬計算。通過實例校驗計算表明,建立的方法和程序具有一定的可靠性。最后,以建立的錐導乘波體構型作為合理的飛行器物理模型,計算了其3~5 ? m波段內的紅外輻射特性,計算結果能夠反映出其紅外輻射特性空間分布規(guī)律,表明本文中建立的數值模擬方法及相應的計算程序具有一定的可信度。 本文的工作為后續(xù)進一步深化研究臨近空間高超聲飛行器紅外輻射特性打下了堅實的基礎。
【關鍵詞】：臨近空間 高超聲速 紅外輻射 隱身 乘波體 數值模擬
【學位授予單位】：上海交通大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2009
【分類號】：V271.4
【目錄】：

• 摘要5-7
• ABSTRACT7-13
• 第一章 緒論13-24
• 1.1 研究背景及意義13-15
• 1.2 總體工作方案15-19
• 1.2.1 基本假設15-17
• 1.2.2 輻射計算模型17-18
• 1.2.3 總體工作流程18-19
• 1.3 相關研究現狀綜述19-23
• 1.3.1 氣動加熱問題計算方法研究現狀19-20
• 1.3.2 高溫氣體輻射特性研究現狀20-21
• 1.3.3 熱輻射傳輸數值方法研究現狀21-23
• 1.4 本文主要內容23-24
• 第二章 流場數值模擬方法24-42
• 2.1 流動控制方程24-28
• 2.2 湍流模型28-30
• 2.3 數值計算方法30-37
• 2.3.1 Jameson 中心差分格式30-32
• 2.3.2 人工粘性項32-34
• 2.3.3 時間推進法34-35
• 2.3.4 加速收斂方法35-37
• 2.4 定解條件37-41
• 2.4.1 標準大氣37-38
• 2.4.2 邊界條件38-41
• 2.5 本章小結41-42
• 第三章 輻射強度場數值模擬方法42-61
• 3.1 熱輻射控制方程42-47
• 3.1.1 熱輻射傳輸方程（RTE）42-46
• 3.1.2 輻射能量方程46-47
• 3.2 有限體積計算方法（FVM）47-58
• 3.2.1 一定波段的熱輻射傳輸方程47-48
• 3.2.2 輻射傳輸方程的離散48-56
• 3.2.3 離散方程的求解56-58
• 3.3 邊界條件的處理58-60
• 3.3.1 壁面邊界58-59
• 3.3.2 假想界面59-60
• 3.4 本章小結60-61
• 第四章 熱空氣輻射特性計算方法61-71
• 4.1 氣體輻射原理簡介61-64
• 4.1.1 氣體輻射機制61-62
• 4.1.2 光譜線的增寬效應62-64
• 4.2 計算方法64-70
• 4.2.1 逐線計算法（Line-by-Line）65-70
• 4.2.2 空氣的輻射特性70
• 4.3 本章小結70-71
• 第五章 乘波構型及網格生成71-78
• 5.1 引言71
• 5.2 乘波構型設計原理71-73
• 5.2.1 源于楔形流場的乘波構型72
• 5.2.2 源于錐體流場的乘波構型72-73
• 5.3 錐導乘波構型73-75
• 5.4 網格生成75-77
• 5.4.1 網格拓撲選擇75
• 5.4.2 網格生成方法75-77
• 5.5 本章小結77-78
• 第六章 計算結果及分析78-96
• 6.1 校驗算例78-85
• 6.1.1 流場計算校驗78-81
• 6.1.2 氣體吸收系數計算校驗81-83
• 6.1.3 輻射強度場計算校驗83-85
• 6.2 乘波體繞流紅外輻射特性數值模擬85-95
• 6.2.1 流場計算85-89
• 6.2.2 空氣輻射物性計算89-91
• 6.2.3 紅外輻射強度場計算91-95
• 6.3 本章小結95-96
• 第七章 總結與展望96-99
• 7.1 總結96-97
• 7.2 展望97-99
• 參考文獻99-104
• 致謝104-105

【引證文獻】

中國期刊全文數據庫 前2條

1 劉建霞;侯中喜;陳小慶;;高超聲速遠程滑翔飛行器外形設計方法[J];導彈與航天運載技術;2011年03期

2 馬麗;楊建軍;張維剛;;高超聲速飛行器發(fā)展綜述[J];飛航導彈;2012年06期

  本文關鍵詞：臨近空間高超聲速飛行器繞流紅外輻射特性數值模擬研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：358487