【摘要】：針對(duì)高超聲速領(lǐng)域出現(xiàn)的“熱障”問(wèn)題,精確預(yù)測(cè)高超聲速?gòu)楊^氣動(dòng)熱和溫度場(chǎng)變得非常重要。本文采用彈頭外部氣動(dòng)熱工程算法與彈頭內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳熱的數(shù)值計(jì)算相耦合,用于攻角狀態(tài)下高速?gòu)楊^氣動(dòng)熱環(huán)境的快速預(yù)測(cè)。并研究基本外形的彈頭氣動(dòng)傳熱特性,所得結(jié)果能夠?yàn)楦叱曀購(gòu)楊^氣動(dòng)熱防護(hù)設(shè)計(jì)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(jì)算邊界層外無(wú)粘流場(chǎng),修正牛頓理論和普朗特-麥耶爾公式計(jì)算彈頭表面壓力,通過(guò)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(yàn)公式,采用等價(jià)錐法和軸對(duì)稱(chēng)比擬法進(jìn)行表面熱流密度分布的計(jì)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(duì)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(dòng)熱工程算法和內(nèi)部結(jié)構(gòu)傳熱數(shù)值計(jì)算耦合,可得到高超聲速?gòu)楊^氣動(dòng)加熱過(guò)程中任意時(shí)刻的表面熱流密度分布和彈頭溫度場(chǎng)分布。首先,選取典型的球錐彈頭模型進(jìn)行算例驗(yàn)證,并分析攻角對(duì)彈頭氣動(dòng)熱環(huán)境的影響。然后根據(jù)遵頭的基本外形,對(duì)比尖錐彈,小鈍度球錐彈和大鈍度球錐彈頭氣動(dòng)熱環(huán)境,分析彈頭前緣對(duì)氣動(dòng)熱的影��；對(duì)比錐體外形和曲線回轉(zhuǎn)體外形彈頭氣動(dòng)熱環(huán)境,分析彈頭外形對(duì)氣動(dòng)熱的影響。最后選取球雙錐彈頭模型進(jìn)行算例驗(yàn)證,通過(guò)與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的對(duì)比,對(duì)拐點(diǎn)區(qū)域做線性擬合,對(duì)比拐點(diǎn)不同的三種球雙錐彈頭氣動(dòng)熱環(huán)境,分析拐點(diǎn)移動(dòng)對(duì)鈍雙錐氣動(dòng)熱的影響。驗(yàn)證典型球錐彈算例,說(shuō)明兩種工程方法能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)球錐彈氣動(dòng)熱環(huán)境,滿(mǎn)足工程設(shè)計(jì)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(huì)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(guò)對(duì)拐點(diǎn)區(qū)域熱流做線性擬合,修正后的方法能夠準(zhǔn)確預(yù)測(cè)球雙錐彈氣動(dòng)熱環(huán)境。雙錐拐點(diǎn)前移,導(dǎo)致前錐體溫升較快,而后錐體溫升較慢,雙錐拐點(diǎn)后移恰好相反；選擇合適的拐點(diǎn)位置可以減小彈頭駐點(diǎn)的最高溫度,有助于改善氣動(dòng)熱環(huán)境。
【學(xué)位授予單位】：南京理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：TJ760

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本文編號(hào)：2753840