發(fā)布時(shí)間：2019-10-15 16:22

【摘要】：在吸氣式高超聲速飛行器關(guān)鍵難題攻關(guān)中,前體進(jìn)氣道流動(dòng)中激波-激波干擾帶來(lái)的熱、力載荷問(wèn)題是需要予以關(guān)注的重要一環(huán)。激波干擾會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的流場(chǎng)波系結(jié)構(gòu),引起流動(dòng)分離、再附、射流沖擊等,造成流動(dòng)非定常振蕩,壁面局部區(qū)域壓力和熱流大幅升高,進(jìn)而影響飛行器進(jìn)氣道的性能和結(jié)構(gòu)的安全性。因此,研究激波干擾不僅對(duì)高超聲速飛行器的降熱和減阻設(shè)計(jì)有重要的工程指導(dǎo)意義,同時(shí)有助于對(duì)可壓縮流動(dòng)機(jī)理的認(rèn)識(shí)。本文針對(duì)高超聲速進(jìn)氣道唇口位置可能出現(xiàn)的激波干擾問(wèn)題,采用簡(jiǎn)化構(gòu)型,以激波風(fēng)洞為實(shí)驗(yàn)平臺(tái),結(jié)合數(shù)值模擬開(kāi)展研究,考察了激波干擾的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和干擾區(qū)域壁面熱流、壓力分布,討論了構(gòu)型幾何參數(shù)及來(lái)流條件對(duì)流動(dòng)特性的影響,著重分析了流動(dòng)中的非定常振蕩現(xiàn)象及高熱流形成機(jī)理。主要的工作與取得的成果如下：1、數(shù)值模擬了高超聲速第Ⅳ類(lèi)激波-激波干擾,分析了非定常振蕩過(guò)程中擾動(dòng)的傳播及其對(duì)波系結(jié)構(gòu)的影響,進(jìn)一步認(rèn)識(shí)了振蕩機(jī)制,考察了粘性、入射激波強(qiáng)度、激波干擾點(diǎn)位置和鈍頭體外形對(duì)流動(dòng)中的非定常振蕩及壁面壓力、熱流分布的影響。結(jié)果表明：來(lái)流條件和鈍頭體外形不同,第Ⅳ類(lèi)激波干擾可能出現(xiàn)非定常振蕩,也可能呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài)；無(wú)粘特征在激波干擾流動(dòng)中起主導(dǎo)作用；入射激波強(qiáng)度增大或鈍頭體外形變鈍,熱、力載荷有增大的趨勢(shì),Strouhal數(shù)則會(huì)減小,弓形激波的脫體距離是影響Strouhal數(shù)的主要因素；合理選擇鈍頭體外形可望有效地降低激波干擾帶來(lái)的脈動(dòng)熱、力載荷;降低來(lái)流馬赫數(shù),第Ⅳ類(lèi)激波干擾的非定常振蕩現(xiàn)象明顯減弱。2、研究了帶凹腔鈍頭體第Ⅳ類(lèi)激波干擾的流動(dòng)特征,考察了迎風(fēng)凹腔的引入對(duì)流動(dòng)非定常振蕩特性的影響。實(shí)驗(yàn)上,在激波風(fēng)洞中采用高速紋影方法獲得具有時(shí)間分辨率的流場(chǎng)照片,采用高頻響壓力傳感器獲得凹腔底部脈動(dòng)壓力信號(hào)。數(shù)值模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果在流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和非定常振蕩頻率方面吻合較好。超聲速射流與迎風(fēng)凹腔的相互作用對(duì)激波振蕩起到了關(guān)鍵作用：射流遠(yuǎn)離凹腔時(shí),二者相互作用不明顯,流動(dòng)呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的干擾結(jié)構(gòu)；射流沖擊凹腔時(shí),第Ⅳ類(lèi)激波干擾呈現(xiàn)出兩種明顯不同的振蕩模式—高頻前后振蕩模式和低頻上下振蕩模式。此外,三維效應(yīng)對(duì)非定常振蕩實(shí)驗(yàn)結(jié)果有著不可忽視的影響。3、研究了高超聲速三維內(nèi)收縮式進(jìn)氣道V形鈍化唇口位置的激波干擾。唇口簡(jiǎn)化為V形前緣構(gòu)型,采用數(shù)值模擬為主的方法,結(jié)合激波風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)分析了激波干擾的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)和壁面熱流分布,重點(diǎn)研究了V形前緣幾何參數(shù)和來(lái)流條件的影響。結(jié)果表明：在流場(chǎng)結(jié)構(gòu)方面,實(shí)驗(yàn)紋影和數(shù)值模擬結(jié)果吻合較好。激波干擾產(chǎn)生了復(fù)雜的波系結(jié)構(gòu),包括規(guī)則反射和馬赫反射,并引起壁面熱流升高,分布不均勻。根據(jù)波系結(jié)構(gòu)與壁面作用類(lèi)型,干擾可以歸納為三類(lèi)：激波-壁面作用；超聲速射流-壁面作用;剪切層-壁面作用。V形前緣激波干擾會(huì)帶來(lái)嚴(yán)重的氣動(dòng)熱、力載荷,一定條件下,熱流峰值可達(dá)到駐點(diǎn)熱流的二十幾倍。激波干擾使得前緣熱防護(hù)問(wèn)題變得異常復(fù)雜,簡(jiǎn)單的增加鈍化半徑并不一定能夠減小熱載荷,相反很可能帶來(lái)復(fù)雜的干擾流場(chǎng),使得壁面熱流反而升高。最后,初步探討了V形前緣激波干擾流動(dòng)的非定常特征,振蕩主要由剪切層和射流的不穩(wěn)定性引起。
【圖文】：

吸氣式高超聲速飛行器及第N類(lèi)激波一激波干擾示意圖f201

圖１．４受損的Ｘ－１５－２飛行器沖壓發(fā)動(dòng)機(jī)支架【《］逡逑
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類(lèi)號(hào)】：O354.4

【相似文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

1 呂麗麗;張偉偉;葉正寅;;高超聲速再入體表面熱流計(jì)算[J];應(yīng)用力學(xué)學(xué)報(bào);2006年02期

2 梁冰;譚峰;段廣仁;;高超聲速跳躍式飛行器的魯棒控制[J];黑龍江大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào);2007年06期

3 樊菁;;高超聲速高溫氣體效應(yīng)判據(jù)[J];力學(xué)學(xué)報(bào);2010年04期

4 張冬青;葉蕾;李文杰;;2009年國(guó)外高超聲速技術(shù)發(fā)展概述[J];飛航導(dǎo)彈;2010年09期

5 陳謨;中等高超聲速?gòu)楏w頭、尾形狀對(duì)氣動(dòng)性能影響的實(shí)驗(yàn)研究[J];空氣動(dòng)力學(xué)學(xué)報(bào);1997年04期

6 樂(lè)貴高;馬大為;李自勇;;橢圓錐乘波體高超聲速流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算[J];南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)(自然科學(xué)版);2006年03期

7 周勇為;易仕和;;高超聲速靜風(fēng)洞特點(diǎn)和發(fā)展概述[J];實(shí)驗(yàn)力學(xué);2010年02期

8 許和勇;葉正寅;張偉偉;;基于非結(jié)構(gòu)自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)的高超聲速流動(dòng)數(shù)值模擬[J];工程力學(xué);2012年03期

9 郭亮;;高超聲速 空天利器[J];科學(xué)世界;2014年09期

10 肖虹;高超;黨云卿;;乘波體構(gòu)型飛行器的高超聲速測(cè)壓實(shí)驗(yàn)研究[J];實(shí)驗(yàn)流體力學(xué);2011年03期

相關(guān)會(huì)議論文 前10條

1 李素循;;前言[A];高超聲速前沿問(wèn)題研討班[C];2002年

2 唐志共;;高超聲速技術(shù)發(fā)展對(duì)地面試驗(yàn)的要求和現(xiàn)狀分析[A];新世紀(jì) 新機(jī)遇 新挑戰(zhàn)——知識(shí)創(chuàng)新和高新技術(shù)產(chǎn)業(yè)發(fā)展（下冊(cè)）[C];2001年

3 葉友達(dá);王振亞;盧笙;張涵信;張來(lái)平;;高超聲速吸氣式飛行器數(shù)值模擬研究[A];第四屆《海峽兩岸計(jì)算流體力學(xué)學(xué)術(shù)研討會(huì)》論文集[C];2003年

4 朱輝玉;楊弼杰;孫泉華;樊菁;;飛行高度對(duì)高超聲速模型飛行器氣動(dòng)性能影響的計(jì)算分析[A];第四屆高超聲速科技學(xué)術(shù)會(huì)議會(huì)議日程及摘要集[C];2011年

5 姜宗林;韓桂來(lái);俞鴻儒;;吸氣式高超聲速推進(jìn)技術(shù)研究的進(jìn)展、問(wèn)題與思考[A];第十三屆全國(guó)激波與激波管學(xué)術(shù)會(huì)議論文集[C];2008年

6 王軍旗;李素循;孫茂;;高超聲速層流干擾流場(chǎng)數(shù)值模擬[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2005論文摘要集（上）[C];2005年

7 周勇為;易仕和;陳植;陸小革;葛勇;朱楊柱;;高超聲速靜風(fēng)洞設(shè)計(jì)和調(diào)試[A];第十三屆全國(guó)實(shí)驗(yàn)力學(xué)學(xué)術(shù)會(huì)議論文摘要集[C];2012年

8 樊菁;;高超聲速流動(dòng)研究進(jìn)展[A];中國(guó)力學(xué)學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)大會(huì)'2009論文摘要集[C];2009年

9 劉偉雄;白菡塵;;高超聲速研究對(duì)地面設(shè)備能力的需求[A];高超聲速前沿問(wèn)題研討班[C];2002年

10 樊菁;;高超聲速高溫氣體效應(yīng)判據(jù)[A];第二屆高超聲速科技學(xué)術(shù)會(huì)議會(huì)議日程及摘要集[C];2009年

相關(guān)重要報(bào)紙文章 前10條

1 趙彥;研究高超聲速技術(shù)[N];中國(guó)航天報(bào);2002年

2 李大光;高超聲速技術(shù)讓武器快如閃電[N];中國(guó)國(guó)防報(bào);2011年

3 溫坤;歐美高超聲速運(yùn)輸機(jī)研究進(jìn)展[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2011年

4 中國(guó)航天科工集團(tuán)公司三院310所研究員 李文杰　助理工程師 牛文;從“快速全球打擊”看美國(guó)高超技術(shù)發(fā)展[N];中國(guó)航天報(bào);2012年

5 丹丹;高超聲速點(diǎn)燃美軍激情[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2011年

6 空軍裝備研究院 王治 牛文博 馬光軍;高超聲速試驗(yàn)緣何屢遭失敗[N];科技日?qǐng)?bào);2012年

7 ;高超聲速 美國(guó)之外的三股勢(shì)力[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2013年

8 黃志澄;高超聲速技術(shù)方興未艾[N];大眾科技報(bào);2006年

9 謝文嬌;美國(guó)防部發(fā)射高超聲速試驗(yàn)飛行器[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2010年

10 曉麗;美國(guó)研制新型高超聲速無(wú)人機(jī)武器系統(tǒng)[N];中國(guó)航空?qǐng)?bào);2003年

相關(guān)博士學(xué)位論文 前7條

1 肖豐收;若干典型高超聲速激波干擾流動(dòng)特性研究[D];中國(guó)科學(xué)技術(shù)大學(xué);2016年

2 彭鈞;高超聲速巡航飛行器乘波布局設(shè)計(jì)研究[D];南京航空航天大學(xué);2007年

3 潘勇;高超聲速流場(chǎng)磁場(chǎng)干擾效應(yīng)數(shù)值模擬方法研究[D];南京航空航天大學(xué);2007年

4 范培蕾;多目標(biāo)優(yōu)化方法及其在高超聲速試飛器系統(tǒng)中的應(yīng)用研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2009年

5 李海燕;高超聲速高溫氣體流場(chǎng)的數(shù)值模擬[D];中國(guó)空氣動(dòng)力研究與發(fā)展中心;2007年

6 張向洪;高超聲速流場(chǎng)電磁干擾數(shù)值模擬研究[D];南京航空航天大學(xué);2013年

7 陳小慶;高超聲速滑翔飛行器機(jī)動(dòng)技術(shù)研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2011年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前10條

1 程子平;高超聲速滑翔飛行器俯沖段制導(dǎo)方法研究[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

2 陸小革;基于LabWindows/CVI的高超聲速靜風(fēng)洞測(cè)控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用[D];國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2013年

3 楊武;高超聲速壁板流固熱耦合建模與分析[D];南京航空航天大學(xué);2015年

4 徐飛;高超聲速翼面的流固熱多場(chǎng)耦合分析[D];南京航空航天大學(xué);2015年

5 雷明達(dá);高超聲速流場(chǎng)與黑障減緩的仿真研究[D];電子科技大學(xué);2016年

6 高建力;高超聲速飛行器氣動(dòng)特性估算與分析[D];西北工業(yè)大學(xué);2007年

7 李曉宇;高超聲速乘波構(gòu)形初步設(shè)計(jì)與分析[D];中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué);2002年

8 陳金球;高超聲速巡航飛行器彈道優(yōu)化[D];西北工業(yè)大學(xué);2007年

9 江志國(guó);高超聲速巡航飛行器雷達(dá)散射及操穩(wěn)特性研究[D];西北工業(yè)大學(xué);2007年

10 盧曉楊;高超聲速流場(chǎng)與結(jié)構(gòu)溫度場(chǎng)耦合計(jì)算研究[D];南京航空航天大學(xué);2009年

，

本文編號(hào)：2549721