【摘要】：針對高超聲速領(lǐng)域出現(xiàn)的“熱障”問題,精確預(yù)測高超聲速彈頭氣動熱和溫度場變得非常重要。本文采用彈頭外部氣動熱工程算法與彈頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳熱的數(shù)值計算相耦合,用于攻角狀態(tài)下高速彈頭氣動熱環(huán)境的快速預(yù)測。并研究基本外形的彈頭氣動傳熱特性,所得結(jié)果能夠為高超聲速彈頭氣動熱防護(hù)設(shè)計提供技術(shù)支持和參考。彈頭外部基于普朗特邊界層理論,采用工程方法計算邊界層外無粘流場,修正牛頓理論和普朗特-麥耶爾公式計算彈頭表面壓力,通過彈頭激波后氣體參數(shù)采用等熵膨脹法確定邊界層外緣參數(shù)�；趨⒖检史ㄏ碌臒崃鹘�(jīng)驗公式,采用等價錐法和軸對稱比擬法進(jìn)行表面熱流密度分布的計算。結(jié)合彈頭材料屬性,基于非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格的有限體積法對非穩(wěn)態(tài)導(dǎo)熱方程進(jìn)行數(shù)值離散,模擬彈頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳熱。將表面氣動熱工程算法和內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳熱數(shù)值計算耦合,可得到高超聲速彈頭氣動加熱過程中任意時刻的表面熱流密度分布和彈頭溫度場分布。首先,選取典型的球錐彈頭模型進(jìn)行算例驗證,并分析攻角對彈頭氣動熱環(huán)境的影響。然后根據(jù)遵頭的基本外形,對比尖錐彈,小鈍度球錐彈和大鈍度球錐彈頭氣動熱環(huán)境,分析彈頭前緣對氣動熱的影啊；對比錐體外形和曲線回轉(zhuǎn)體外形彈頭氣動熱環(huán)境,分析彈頭外形對氣動熱的影響。最后選取球雙錐彈頭模型進(jìn)行算例驗證,通過與實驗數(shù)據(jù)的對比,對拐點區(qū)域做線性擬合,對比拐點不同的三種球雙錐彈頭氣動熱環(huán)境,分析拐點移動對鈍雙錐氣動熱的影響。驗證典型球錐彈算例,說明兩種工程方法能夠準(zhǔn)確預(yù)測球錐彈氣動熱環(huán)境,滿足工程設(shè)計的需求；由于攻角的影響,發(fā)現(xiàn)迎風(fēng)面熱流密度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于背風(fēng)面熱流密度,彈體表面和彈體內(nèi)部的等溫線發(fā)生傾斜。增加尖的前緣相當(dāng)于彈頭增加一段高溫區(qū),而且會導(dǎo)致彈體整體熱流和溫度增加；曲線回轉(zhuǎn)體型彈頭錐面部分熱流密度提高,溫升較快,彈體整體溫度有一定的提高,幅度較小。通過對拐點區(qū)域熱流做線性擬合,修正后的方法能夠準(zhǔn)確預(yù)測球雙錐彈氣動熱環(huán)境。雙錐拐點前移,導(dǎo)致前錐體溫升較快,而后錐體溫升較慢,雙錐拐點后移恰好相反；選擇合適的拐點位置可以減小彈頭駐點的最高溫度,有助于改善氣動熱環(huán)境。
【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】：TJ760

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本文編號：2753840