高超声速飞行器气动特性估算与分析

摘要

高超声速技术是21世纪航空航天技术领域的战略制高点，高超声速飞行器具有速度快、突防能力强等特点，成为当今世界军事强国关注的战略发展方向。高超声速空气动力学作为高超声速技术中的关键技术之一，也得到迅速的发展。为了提高高超声速飞行器的总体性能，必须对其进行外形设计和气动布局等方面的优化，参数化模型则是以上工作的重要基础。本文先建立了高超声速巡航飞行器类乘波体飞行器的参数化几何模型，再以此参数化模型为基础，研究了高超声速气动力和气动热特性工程算法。主要内容有： 1)为了满足高超声速飞行器概念研究、初步设计阶段及优化设计的需求，在现有资料的基础上，采用部件分解法，通过坐标旋转、坐标变换建立起类乘波体飞行器完整的参数化几何模型。 2)应用面元法并根据具体情况选用不同的压力系数计算方法对类乘波体飞行器的无粘气动力特性进行计算，采用经验公式法计算飞行器的摩擦阻力，并考虑了飞行器各部件间的气动干扰。 3)在充分考虑高超声速飞行器飞行热环境的基础上，应用热流量平衡方程，建立了飞行器面中心线上的温度分布工程算法。主要采用参考温度法和经验公式法，并考虑了边界层转捩，对飞行器迎风面中心线上的温度分布进行了计算。 分析比较计算结果，并与CFD计算结果和相关文献进行比较，表明本文所采用的工程算法精度上满足工程要求，快捷有效，可以作为高超声速飞行器概念研究、初步设计阶段及优化设计的计算工具。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 高超声速技术发展综述

1.3 高超声速流动的主要特征

1.4 机身/推进系统一体化

1.5 高超声速空气动力学的研究方法

1.6本文的工作

第2章 高超声速巡航飞行器参数化建模

2.1 高超声速巡航飞行器任务设计要求

2.2 高超声速巡航飞行器外形选择

2.2.1升力体

2.2.2翼身融合体

2.2.3轴对称旋成体

2.2.4乘波体

2.2.5典型的乘波构型

2.2.6乘波体气动特性

2.3 高超声速巡航飞行器参数化建模

2.3.1坐标系统

2.3.2机身几何模型参数化

2.3.3机身边缘轮廓线

2.3.4机身上表面曲线

2.3.5机身下表面参数

2.3.6机翼几何模型参数化

2.3.7翼身组合段参数化模型

2.3.8飞行器参数列表

2.4 本章小结

第3章 高超声速飞行器气动力特性工程计算

3.1 高超声速无粘气动力特性计算方法

3.1.1机身气动力特性计算公式

3.1.2机翼气动力特性计算公式

3.1.3高超声速气动力特性计算方法

3.2 粘性阻力计算

3.2.1底部阻力系数

3.2.2摩擦阻力系数

3.3 翼身组合体各部件间的气动干扰

3.3.1水平翼和斜置翼之间的干扰

3.3.2翼身之间的气动干扰

3.3.3压力中心和俯仰力矩系数计算

3.4 大气模型

3.5 高超声速巡航飞行器气动特性计算结果及分析

3.6本章小结

第4章 高超声速飞行器气动热工程计算

4.1 高超声速飞行器热环境

4.1.1气动加热

4.1.2飞行器表面热辐射：

4.1.3蒙皮内部热传导

4.1.4太阳直接热辐射被飞行器表面所吸收的热流量

4.1.5地球表面辐射被飞行器所吸收的热流量

4.1.6大气反射太阳光线被飞行器所吸收的热流量

4.1.7热流量平衡方程

4.2气动加热计算

4.2.1参考温度法与热流密度计算

4.2.2边界层外缘参数确定

4.2.3边界层转捩

4.3 飞行器壁面温度计算

4.3.1非定常热过程壁温计算

4.3.2定常热过程壁温计算

4.4 高超声速巡航飞行器气动热计算结果及分析

4.4.1飞行器非定常热过程的温度—时间历程

4.4.2飞行器定常热温度分布计算

4.5 本章小结

第5章 结论及展望

致谢

攻读学位期间发表的学术论文情况

参考文献