高超声速再入钝头体表面热流计算.pdf

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1、上海航天AEROSPACESHANGHAI2010年第2期文章缡号：1006-1630(2010)02—0018—05高超声速再入钝头体表面热流计算李会萍，董葳(上海交通大学机械与动力工程学院，上海200240)摘要：采用边界层外缘无黏流场数值求解三雏可压缩定常Euler方程，将所得物面压力分布作为边界层外缘条件，用于边界层内跟踪流线的轴对称比拟工程算法，计算高超声速有攻角再入钝头体的表面热流。莱钝双锥算例结果表明：算得的表面热流与实验数据吻合很好。该方法较纯工程算法提高了精度，较数值求解整个流场Navi—er-Stokes方程节省计算时间，对准

2、确计算全轨道飞行复杂形状高超声速飞行器表面的热流分布有一定价值，适宜高超声速飞行器方案设计阶段气动热环境预测的需要。关键词：气动加热；高超声速；工程算法；数值计算中图分类号：V211．14文献标示码：ACalculationofAerodynamicHeatingDistributionsforHypersonicReentryBlunt·NosedBodiesLIHui—ping，DONGWei(SchoolofMechanicalEngineering，ShanghaiJiaoTongUniversity，Shanghai200240，Chi

3、na)Abstract：Aneffectivecodeforcalculatingtheaerodynamicheatingratesofhypersonicreentryblunt-nosedbodiesatincidencebasedontheaxisymmetricanaloguewhichneedtracktheinviseidsurfacestreamlineswasputforwardinthispaper．TheboundarylayeredgeconditionsweredeterminedbyusingCFDmethodtoso

4、lveEulerequationsofthreedimensions．Thecomputationresultsofabent-nosebiconicshowedthatthemethodwasfoundtoyieldreasonablyaccuratelaminarheatingrateswithexperimentaldata，whichcouldimprovethecalculationaccuracythansomeengineeringcodesandconsumelesscalculationtimethanNavier-Stokes

5、equationsinentireflowfield．Itwasareasonablechoicetopredictheatingratesforcomplexvehicleconfigurationsinanentiretrajeetoryandintheinitialdesignphase．Keywords：Aerodynamicheating；Hypersonic；Engineeringcode；Numericalcalculation0引言准确预测高超声速飞行器表面受热状况，据此选择合适的防热措施，是保障飞行器安全飞行和研究可重复使用的高

6、超声速飞行器的关键技术之一。预测气动热方法主要有地面与飞行试验、工程计算、数值求解Navier-Stokes方程及其近似形式等口]。工程算法为获得表面热流，在计算激波形状和压力分布时引入了不同程度的近似。基于跟踪流线的轴对称比拟法是目前国外应用最广的一种计算有攻角收稿日期：2009—01—05；修回日期：2009—02—05作者简介，李会萍(1981一)，女，硕士生，主要从事空气动力学、计算流体力学与传热学的研究。三维物体绕流的气动加热表面热流的工程算法[2J]。其基本原理是：物体表面边界层内流体流动的方向基本与绕物体的三维无黏流表面流线方向一致

7、，在与流线垂直并平行于物面方向的流动速度与主流速度相比很小，即小横向流。作为近似若略去小横向流，采用Manger变换，在物面以无黏表面流线作为正交坐标系的一个坐标轴，三维边界层方程就可简化为轴对称比拟边界层方程，故可用轴对称零攻角物体边界层内热流近似计算公式计算有攻角三维物体沿流线的热流分布。该方法由DEJAR—NETTE，HAMILTON在20世纪70年代提出，THOMPSON，RILEY，DEJARNETTE等不断加以发展和完善，至20世纪90年代该工程算法更实2010年第2期李会萍，等：高超声速再人钝头体表面热流计算用，计算结果更有效‘4~

8、6]。但研究表明，该纯工程算法在预测复杂外形飞行器表面热流、保证局部区域预测精度等方面存在局限。随着计算流体动力学(CFD)研究的进展，