本文關(guān)鍵詞：高升阻比乘波體氣動特性研究

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【摘要】：乘波體是一種“乘坐”在激波上的高超聲速飛行器,具有高升力、低阻力和高升阻比的特點。通過優(yōu)化乘波體的研究有望突破“升阻比屏障”,實現(xiàn)更加出色的氣動布局。因此乘波體的設(shè)計與研究已經(jīng)成為國際航空航天領(lǐng)域的熱點之一,各個學(xué)科都將乘波體作為最新的高超聲速飛行器的氣動布局模型。首先詳細(xì)介紹了乘波體的研究經(jīng)歷和國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀,通過分析不同流場生成乘波體的優(yōu)缺點,得出生成乘波體模型的適用流場;選取來流馬赫數(shù)Ma=6的圓錐流場為基準(zhǔn)流場,利用四階Runge-Kutta插值法計算錐形流場控制方程Taylor-Maccoll,得到激波角和流場流線方程;通過對選取自由來流的上表面方程與圓錐激波方程相交得到前緣曲線,采用反設(shè)計法建立了乘波體的數(shù)學(xué)模型。在應(yīng)用計算流體力學(xué)對乘波體各參數(shù)分析的基礎(chǔ)上,通過數(shù)值模擬計算出設(shè)計點及非設(shè)計點處乘波體氣動特性隨馬赫數(shù)、迎角的變化規(guī)律,得到設(shè)計點處滿足乘波體穩(wěn)定飛行的速度范圍,并證明了本文所用反設(shè)計方法理論的正確性。研究表明:乘波體的升阻比隨迎角和馬赫數(shù)的增加而增加,且增長率逐漸變小,最終趨于平穩(wěn);飛行高度不同對乘波體的氣動特性沒有明顯的影響;馬赫數(shù)Ma=6的錐導(dǎo)乘波體穩(wěn)定飛行的速度范圍是Ma=4.8~6.3。最后對乘波體進(jìn)行前緣鈍化,引入邊界層理論進(jìn)行網(wǎng)格劃分,分析研究了不同鈍化半徑下設(shè)計點處乘波體氣動特性以及非設(shè)計點處來流馬赫數(shù)、迎角的變化對乘波體氣動性能的影響,得到乘波體前緣表面最大溫度;同時,綜合氣動性能、氣動熱和體積等因素得出最佳鈍化半徑方案。研究表明:前緣鈍化的乘波體升阻比隨迎角和的增加而增加;馬赫數(shù)的增加對氣動特性沒有明顯的影響;鈍化乘波體表面的前緣尖端最大溫度在1800K左右,前緣鈍化的鈍化半徑為9毫米。
【關(guān)鍵詞】：乘波體 高超聲速飛行器 升阻比 圓錐流場 前緣鈍化
【學(xué)位授予單位】：沈陽理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：V211
【目錄】：

• 摘要6-7
• Abstract7-12
• 第1章 緒論12-20
• 1.1 背景與意義12-15
• 1.2 乘波體研究的進(jìn)展15-18
• 1.3 本文研究內(nèi)容18-20
• 第2章 乘波體和基本流場簡介20-35
• 2.1 乘波體的特點20-21
• 2.2 乘波體的種類及其生成原理21-32
• 2.2.1 ∧型乘波體22-26
• 2.2.2 錐導(dǎo)乘波體26-31
• 2.2.3 楔-錐形乘波體31
• 2.2.4 吻切錐乘波體31-32
• 2.3 乘波體數(shù)值模擬32-33
• 2.4 本章小結(jié)33-35
• 第3章 基于錐形流場乘波外形的設(shè)計35-42
• 3.1 錐形流場的計算35-37
• 3.2 流線追蹤37-38
• 3.3 上表面、前緣曲線及下表面的選取38-40
• 3.3.1 上表面的選取38-39
• 3.3.2 前緣曲線的選取39
• 3.3.3 下表面的選取39-40
• 3.4 生成外形舉例40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-42
• 第4章 乘波體數(shù)值模擬計算與速度范圍研究42-62
• 4.1 數(shù)值模擬方法42-45
• 4.1.1 控制方程42-44
• 4.1.2 湍流模型44
• 4.1.3 乘波體模型網(wǎng)格劃分44-45
• 4.1.4 邊界條件的設(shè)定45
• 4.2 乘波體速度范圍與氣動特性研究45-46
• 4.2.1 研究意義45-46
• 4.2.2 計算條件46
• 4.3 無迎角計算結(jié)果與氣動特性分析46-51
• 4.3.1 設(shè)計條件下(Ma=6, =0°)的乘波體氣動特性46-48
• 4.3.2 非設(shè)計點處的乘波體氣動特性分析48-51
• 4.4 有迎角下計算結(jié)果與氣動特性分析51-61
• 4.4.1 迎角在-5°～10°范圍內(nèi)計算結(jié)果與氣動特性51-56
• 4.4.2 5°迎角在不同馬赫數(shù)下乘波體氣動特性變化56-59
• 4.4.3 不同飛行高度下乘波體的氣動特性變化59-61
• 4.5 本章小結(jié)61-62
• 第5章 前緣鈍化對乘波體性能影響研究62-74
• 5.1 前緣鈍化乘波體的模型建立與網(wǎng)格劃分62-65
• 5.1.1 邊界層簡介62-63
• 5.1.2 前緣鈍化乘波體的模型建立63-64
• 5.1.3 網(wǎng)格劃分64-65
• 5.2 前緣鈍化對乘波體氣動特性影響分析65-70
• 5.2.1 不同迎角對乘波體氣動特性影響分析65-68
• 5.2.2 不同馬赫數(shù)對乘波體氣動特性影響分析68-70
• 5.3 乘波體的表面溫度數(shù)值模擬分析與最佳鈍化半徑選取70-73
• 5.3.1 乘波體表面溫度數(shù)值模擬70-72
• 5.3.2 最佳鈍化半徑選取72
• 5.3.3 表面熱響應(yīng)與氣動熱防護(hù)72-73
• 5.4 本章小結(jié)73-74
• 結(jié)論74-77
• 工作總結(jié)74
• 研究結(jié)果74-75
• 創(chuàng)新點75-76
• 進(jìn)一步開展的工作76-77
• 參考文獻(xiàn)77-80
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文和獲得的科研成果80-81
• 致謝81-82

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本文編號：819678