芯级与助推器头部气动干扰流场数值模拟

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1、2013年第6期导弹与航天运载技术No.62013总第329期MISSILESANDSPACEVEHICLESSumNo.329文章编号：1004-7182(2013)06-0042-05DOI：10.7654/j.issn.1004-7182.20130610芯级与助推器头部气动干扰流场数值模拟沈丹，吴彦森，岑拯（北京宇航系统工程研究所，北京，100076）摘要：使用Fastran软件仿真，采用多块结构网格Roe差分分裂格式求解雷诺平均N-S方程，数值模拟了高超声速情况下火箭助推器头部三维激波在芯级上产生的激波反射和激波边界层干扰流场。通过与典

2、型算例和风洞实验结果的比对，特性符合规律，满足工程计算的精度要求，结果清晰地反映了流场结构以及局部气动载荷的分布。通过改变头锥形状，分析了新一代运载火箭斜头形助推器产生气动干扰的特性，并与目前使用的直头形助推器作比较，指出两者构型上的差别对芯级与助推器间气动干扰的影响，对未来捆绑火箭气动特性有一定预示意义。关键词：运载火箭；激波反射；激波边界层干扰中图分类号：V42文献标识码：ANumericalSimulationofAerodynamicInteractionCharacteristicsBetweentheRocketandaBooster

3、’sNoseconeShenDan，WuYansen，CenZheng（BeijingInstituteofAstronauticalSystemsEngineering，Beijing，100076）Abstract：Thereynolds-averagedNavier-StokesequationsaresolvednumericallybyRoesecond-orderfluxdifferencesplittingschemesbyusingCFDfastransolver.Thusanumericalstudyismadeforsuper

4、sonicflowbetweenarocketandabooster’snoseconewithshockreflectionandshock-boundarylayerinteraction.Thecomputedresultsdisplayflowstructureindetailandthepressuredistributionsonthesurfaceshowgoodagreementwiththedatainexperimentsandreferences.Asimulationonanotherconfigurationwithob

5、liqueconeusedinthenextgenerationrocketsisalsomadetohaveacompareandbringdirectivesignificanceonaerodynamiccharacterforfuturebindingrocket.KeyWords：Launchvehicle；Shockreflection；Shock-boundarylayerinteraction0引言载荷。随着运载火箭发射任务中几次前连杆整流罩损捆绑式火箭芯级与助推器之间的气动干扰十分复毁、遥测数据丢失等情况的发生，人们再次把目光投

6、杂，对火箭局部的气动载荷有显著影响。火箭在高超放在芯级与助推器之间的300mm的狭缝里，希望用声速情况下，芯级与助推器之间、助推器与助推器之更精确的仿真去分析该区域的流场结构、气动载荷，间存在一系列反射与相交的波系。由于实际飞行中空找到故障发生的原因。气是有粘性的，这种激波干扰必然导致激波-边界层干自20世纪60年代以来，国内外对激波-边界层干扰的发生。激波-边界层干扰使问题更加复杂，原因是扰问题进行了大量的理论研究。文献[1]提出了经典的边界层流态的变化，是非定常的过程。因此，由其产6类激波干扰划分，详细论述了激波之间的干扰问题；生的低频抖振是

7、物体表面脉动压力出现的重要原因。文献[2]总结了国内外数值和实验研究的结果；文献[3]激波-边界层干扰导致的分离流动会增大阻力，改对捆绑式火箭在二维情况下助推器附近气动的干扰问变飞行器表面载荷分布。此外，激波-边界层干扰还会题进行讨论；文献[4]对激波风洞中对高超声速情况下改变激波反射和相交的类型，从而在助推器前连杆、捆绑式火箭助推器激波与芯级发生干扰的问题进行了电缆防护罩、侧推火箭整流罩等凸起物引起局部较大研究。收稿日期：2012-10-16；修回日期：2013-11-07作者简介：沈丹（1986-），女，硕士研究生，主要从事火箭气动与热环境研

8、究第6期沈丹等芯级与助推器头部气动干扰流场数值模拟43本文使用Fastran软件，对助推器头激波在芯级上ρw反射形成干扰的过程进