限制器对高超声速体表面热流数值模拟的影响.pdf

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1、2014年3月第40卷第3期北京航空航天大学学报JournalofBeijingUniversityofAeronauticsandAstronauticsMarch2014V01．40No．3限制器对高超声速体表面热流数值模拟的影响杨建龙刘猛(北京航空航天大学航空科学与工程学院，北京100191)摘要：采用Roe的FDS(FluxDifferenceSplitting)差分格式结合minmod，vanLeer和Osher·C限制器，对高超声速体外部流场进行数值模拟．研究了限制器对高超声速体气动力／热数值模拟的区别，对比分析了3种限

2、制器对三维模型表面热流数值模拟结果的影响．研究表明，限制器对数值模拟精度有重要影响，且对气动热数值模拟的影响大于对气动力的影响；对简单或较复杂的气动外形，采用Roe的FDS格式结合minmod限制器获得的表面热特性比它结合vanLeer和Osher—C限制器时要好，可为热防护设计提供可靠结果．关键词：限制器；高超声速；数值模拟；热流；热防护中图分类号：V221文献标识码：A文章编号：1001．5965(2014)03-0417-05InfluenceofIimitersonnumericaIsimulationofheatingdi

3、stributionsforhypersonicbodiesYangJianlongLiuMeng(SchoolofAeronauticScienceandEngineering，BeijingUniversityofAeronauticsandAstronautics，Beijing100191，China)Abstract：TheRoe’Sfluxdifferencesplitting(FDS)schemewascombinedwithminmod，vanLeerandOsher—Climiterstosimulatehyper

4、sonicflowfieldsaroundhypersonicbodies．Thedifferenteffectsofthethreelimitersonthesimulationresultsofhypersonicbodies’aerodynamicsandaerothermodynamicswerere—searched，andtheireffectsonthesimulationofheatingrateswerecomparedandanalyzed．Fromtheresults，itcandrawthefollowing

5、conclusions：thechoiceoflimitershasaveryimportanteffectonnumericalsimulationresults，anditwillinfluencethesimulationresultsofaerothermodynamicsmorethantheonesofaerodynamics．Theminmodlimiter，workingtogetherwithRoe’sFDSschemecanobtainbetterheatingratesonhypersonicbodiestha

6、ntheothertwolimitersnomatterforsimpleorcomplexaerodynamicshapes．Therefore，theminmodlimitercanprovidereliableresultsforthethermalprotectiondesigns．Keywords：limiter；hypersonic；numericalsimulation；heatingrate；thermalprotection飞行器在大气层高超声速飞行时，会出现严重的气动加热现象⋯，如表面出现烧蚀等．如果缺乏可靠的防

7、热与热控系统的保护，飞行器的诸多子系统将暴露在高温下，致使飞行器烧毁和乘员伤亡旧1．对高超声速体表面气动热特性进行可靠预测，可为热防护设计提供有效保障．数值模拟是目前广泛应用于飞行器热防护设计中的重要手段之一，而限制器的使用则是影响数值模拟精度、稳定性或收敛性的重要因素¨1．文献[4]比较了限制器对通量差分格式(FDS，FluxDifferenceSplitting)与矢通量分裂格式(FVS，FluxVectorSplitting)的影响，得出影响计算精度的主要因素是限制器而不是分裂技术结论．文献[5]数值模拟使用superbee限

8、制器给出了二维高超声速双锥壁面斯坦顿数分布特性；文献[6]数值模拟求解高超声速绕流圆柱模型时的壁面温度特性时使用了vanLeer限制器；文献[7]采用vanAlbada限制器对两级入轨(TSTO，TwoStageToOrbit)模型安