【摘要】：現(xiàn)代戰(zhàn)爭的殘酷迫使彈箭的飛行高度越來越高。對于高空飛行的彈箭而言,氣體稀薄效應(yīng)越發(fā)的突出。傳統(tǒng)的Navier-Stokes方程的前提是流體必須要連續(xù),但是在高空環(huán)境下的氣體已不能看做是連續(xù)介質(zhì)。而求解Boltzmann方程又存在著很大的數(shù)學(xué)困難,這就使得我們必須采用一種新的方法來解決高空稀薄氣體流動的問題。DSMC方法主要通過計算機來直接模擬流場本身,摒除了數(shù)學(xué)求解的困難,并且目前已經(jīng)相當(dāng)成功地應(yīng)用到了各個行業(yè)的諸多方面。本文基于DSMC技術(shù)研究高超聲速稀薄氣體流動的直角坐標網(wǎng)格模擬方法,編制了高空彈箭外流場數(shù)值模擬通用計算程序。通過將DSMC結(jié)果與工程計算方法相比較,發(fā)展了一種適用于稀薄氣體條件下的新型工程計算方法。首先本文深入地研究了氣體分子動力學(xué)的一些基本理論知識。主要論述了速度分布函數(shù)的構(gòu)造過程,做出了稀薄氣體流動中的基本假設(shè),給出了氣體宏觀量的表示方法。研究了二元彈性碰撞,推導(dǎo)了分子碰撞后的速度計算公式。研究了分子間的作用勢以及幾種常見的分子模型。其次討論了直角坐標網(wǎng)格的生成方法,將物面邊界不與網(wǎng)格相交推廣到與網(wǎng)格相交的情況,并且研究了相交網(wǎng)格部位的切割處理方法和分子在物面上的反射情況。模擬了多種不同工況下的斜劈繞流,分析了各參數(shù)的變化規(guī)律,證明了研究方法的正確性。接下來深入研究了DSMC方法在二維稀薄氣流下的實現(xiàn)和應(yīng)用。在原有的傳統(tǒng)直角網(wǎng)格搜尋技術(shù)的基礎(chǔ)上提出了更加快捷地搜尋分子位置的方法。建立了DSMC程序中模擬分子碰撞模型和分子與物面作用的反射模型。對分子碰撞對進行取樣并研究了碰撞前后分子能量的變化規(guī)律,給出了DSMC程序的計算流程。利用FORTRAN90軟件編制了對于任意高度下任意外形彈頭適用的DSMC程序,對二維情況下高超聲速稀薄氣體流動進行了數(shù)值模擬,并且模擬計算了不同外形彈頭在不同工況下的氣動參數(shù),給出了相應(yīng)的對比變化。最后我們研究了連續(xù)流和稀薄氣流中的激波后氣流參數(shù)的差異,通過DSMC方法給出了稀薄氣流情況下激波后參數(shù)隨半錐角的變化規(guī)律。將二者進行比較,探討了海拔高度對激波后參數(shù)的影響�；贒SMC方法得到的流場參數(shù),在激波—膨脹波法的基礎(chǔ)上發(fā)展出了一種新型的工程計算方法,并將該方法計算結(jié)果與相同工況下DSMC方法模擬所得結(jié)果進行了對比。討論了如何將新型工程算法進行更廣泛地推廣以及今后工作的研究方向和研究重點。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TJ410

【相似文獻】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 王正華,陳蘭,王承堯;底部帶姿控發(fā)動機的飛行器氣動力計算[J];國防科技大學(xué)學(xué)報;1993年02期

2 林炳秋,毛鴻羽;戰(zhàn)術(shù)彈亞聲速縱橫向非線性氣動力計算研究[J];空氣動力學(xué)學(xué)報;1999年01期

3 王中原,臧國才;彈丸空氣動力的一個計算方法[J];南京理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1987年01期

4 白雪松,賀北斗;高低壓裝置的氣動力計算與分析[J];南京理工大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);1988年01期

5 袁偉,居賢銘;矩形截面彈體法向氣動力計算方法[J];戰(zhàn)術(shù)導(dǎo)彈技術(shù);2003年03期

6 蔣光南;;用歐拉方程求解復(fù)雜組合體流場的跨音速氣動力[J];民用飛機設(shè)計與研究;1995年04期

7 符冰;侯宇;;微型撲翼飛行器氣動力估算方法研究[J];航空兵器;2006年05期

8 鄭秋亞;楊尊袍;劉國俊;;多翼空空導(dǎo)彈復(fù)雜流場氣動力計算[J];空軍工程大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版);2009年04期

9 張聲偉;董建鴻;周林;;氣動力配平及配平損失計算方法研究[J];航空工程進展;2010年02期

10 任碧寧,白文,朱培燁,周天孝;開放式氣動力數(shù)值模擬系統(tǒng)研究[J];航空學(xué)報;1999年06期

相關(guān)會議論文 前4條

1 鄒光遠;張立柱;賈重任;;極近水面飛行的全機氣動力計算[A];第十屆全國計算流體力學(xué)會議論文集[C];2000年

2 符冰;侯宇;;微型撲翼飛行器氣動力估算方法研究[A];第二屆中國航空學(xué)會青年科技論壇文集[C];2006年

3 杜綿銀;侯雅卓;;飛行器氣動力優(yōu)化設(shè)計系統(tǒng)[A];首屆全國航空航天領(lǐng)域中的力學(xué)問題學(xué)術(shù)研討會論文集（上冊）[C];2004年

4 羅文莉;向錦武;曾開春;李道春;;高超聲速飛行器氣動力計算方法研究[A];北京力學(xué)會第19屆學(xué)術(shù)年會論文集[C];2013年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前5條

1 許國龍;超音速彈丸稀薄流場數(shù)值模擬與氣動力計算[D];南京理工大學(xué);2016年

2 尚偉烈;滑翔增程彈氣動力計算及分析[D];南京理工大學(xué);2004年

3 張建軍;異形截面飛行器的一種氣動力算法[D];南京理工大學(xué);2004年

4 陳文超;旋成體彈丸氣動力計算與氣動外彈道優(yōu)化設(shè)計[D];南京理工大學(xué);2012年

5 劉志洋;尾翼彈超音速下氣動特性的計算與分析[D];南京理工大學(xué);2004年

，

本文編號：2642354