临近空间高超声速飞行器绕流红外辐射特性数值模拟研究

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1、上海交通大学硕士学位论文临近空间高超声速飞行器绕流红外辐射特性数值模拟研究姓名：张胜涛申请学位级别：硕士专业：飞行器设计指导教师：刘洪20090201摘要分组成：流场数值模拟、辐射强度场数值模拟和空气辐射物性计算。在流场数值模拟部分，为了能够获得较为准确的气动热数据，采用了Jameson中心格式求解基于完全气体模型的Navier-Stokes方程组的方法；采用的湍流模型为Baldwin-Lomax模型。在辐射强度场数值模拟部分，借鉴封闭腔内介质辐射换热数值计算的思想，通过引入“假想界面”建立了封闭

2、辐射换热系统计算模型；采用有限体积法（FVM）求解热辐射传输方程。在空气辐射物性计算部分，采用逐线计算法（Line-by-Line）来计算气体的辐射吸收系数，所需的气体谱线参数由美国HITRAN数据库获得。高超声速飞行器设计一般采用乘波体构型。本文对乘波体构型的基本构造原理和设计方法进行了探讨，重点介绍了源于楔形流场和正圆锥流场的乘波体构型的设计方法，并且根据高超声速锥型流的近似解析解建立了锥导乘波体模型。在确立数值模拟方法的基础上，编制了相应的计算机程序，实现了流场、空气辐射物性和辐射强度场的一

3、体化数值模拟计算。通过实例校验计算表明，建立的方法和程序具有一定的可靠性。最后，以建立的锥导乘波体构型作为合理的飞行器物理模型，计算了其3~5m波段内的红外辐射特性，计算结果能够反映出其红外辐射特性空间分布规律，表明本文中建立的数值模拟方法及相应的计算程序具有一定的可信度。本文的工作为后续进一步深化研究临近空间高超声飞行器红外辐射特性打下了坚实的基础。关键词：临近空间，高超声速，红外辐射，隐身，乘波体，数值模拟第II页ABSTRACTTHERESEARCHONNUMERICALSIMULATIO

4、NOFINFRAREDRADIANTPROPERTIESOFFLOWFIELDAROUNDNEARSPACEHYPERSONICVEHICLEABSTRACTHavingknownthathypersonicvehiclepossessesstrategicimportanceandveryhighappliedvalue,atpresentmanydevelopedcountriesareengagedinresearchonhypersonictechnology,andoneafterano

5、therhavetakenthedevelopmentofhypersonicvehicleaspartofnationaltargetstoachieve.Inmanyhypersonicweapondevelopmentprogram,nearspacehypersonicvehicleisanew-styleweaponplatformwhichmainlyplaysthesoleofstrategicdeterrenceandtacticaluse,andhasthecharacteris

6、ticsofglobalattack,mobileoperations,particularlyhighpotentialinthelong-rangestrike,rapidpenetration,electronicsuppression,to-groundreconnaissanceandearlywarning.Sonearspacehypersonicvehiclehasaveryhighmilitarystrategicvalueinnationalsecuritysystem.For

7、nearspacehypersonicvehicle,heatradiationcausedbyaerodynamicheatingwillbethemostimportantcomponentofitsinfraredradiantproperties.Therefore,itisofgreatsignificancetodoresearchoninfraredradiantpropertiesofflowfieldaroundnearspacehypersonicvehicleforseeki

8、ngtodevelopitsnewandadvancedeffectiveinfraredstealthtechnologyandsuccessfullydevelopingnearspacehypersonicvehiclethatcanadaptforfuturehigh-techwar.Inthispaper,thepurposeofresearchistoexploreandtocreateanumericalsimulationmethodofinfraredradian