近空间高超声速乘波体高空多物理效应影响特性研究

• 作 者: 李维东
• 机 构: 中国科学院大学
• 出 处: 中国科学院研究生院 中国科学院大学
• 发表日期: 2011年期
• 关键词: 粘性干扰效应 多物理效应 区域乘波体 高超声速 空气动力学 滑翔飞行器 气动性能

基于对乘波布局理论以及高超声速空气动力学理论的认识，结合国内外高超声速乘波飞行器研究的现状，着眼于国内外未来新一代高超声速滑翔飞行器研制的技术需求，本文针对近空间高超声速乘波飞行器在高空、高马赫数飞行过程中所面临高空多物理效应的影响问题，以长度为60m的乘波体作为研究对象，采用CFD技术同理论分析方法相结合的研究手段，开展了乘波飞行器在连续流区高空、高马赫数飞行区域(H=45Km～75Km，M=15～25)飞行过程中所面临的高空多物理效应的影响特性研究。　　
首先，针对乘波体粘性优化设计过程中所采用的传统气动性能快速预测方法未能计及高空粘性干扰效应的影响，不能应用于粘性干扰效应影响强烈的高空、高马赫数飞行区域乘波体气动性能预测的问题，本文提出了一种可以计及高空粘性干扰效应影响的气动性能快速预测方法，并对该方法的可靠性进行了数值验证，在此基础上，还应用该方法开展了考虑粘性干扰效应影响的乘波体优化设计研究。　　
针对粘性干扰效应对乘波体非设计工况下气动性能的影响问题，探讨了粘性干扰效应对乘波体气动性能的影响随飞行高度、飞行马赫数、壁面温度以及飞行攻角变化的规律，并就乘波体实用化过程的前缘钝化问题，初步探讨了不同钝化半径对乘波体气动性能的影响特性以及乘波飞行器的气动力、热综合设计问题。　　
基于对乘波体粘性干扰优化设计过程对无粘源流场的依赖性以及对无粘源流场的微小变化的敏感性的认识，分别利用平衡气体和完全气体锥形流场作为生成乘波体的源流场并冻结边界层中的化学反应开展乘波体粘性干扰优化设计，通过两种优化设计结果的比较探讨了无粘源流场中的真实气体效应对乘波体粘性干扰优化设计的影响问题。　　
针对真实气体效应对乘波体气动性能的影响问题，从飞行高度、飞行攻角、飞行马赫数以及壁温等影响因素出发，研究了高温真实气体效应对乘波体高空、高马赫数飞行状态下气动性能的影响机理和影响规律，并进一步就乘波体的前缘钝化问题，探讨了高温真实气体效应和前缘钝化引起的钝化效应之间相互影响对乘波体气动力、热特性的影响问题。　　
最后，以高超声速滑翔飞行器为应用背景，根据乘波体的气动力、热约束条件，设计了适宜于高空、高马赫数飞行的高升阻比乘波飞行器，并以该飞行器作为研究对象，进一步研究了高空多物理效应对高超声速乘波飞行器气动性能的影响规律。