【摘 要】
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减阻降热问题一直是高超声速飞行器工程化道路上的重要难题。剧烈的气动加热会对飞行器头部外壳材料造成烧蚀,破环飞行器内部电子器件,从而对飞行安全产生严重威胁。而巨大的激波阻力将会影响飞行器的升阻比,降低了飞行器的航程以及飞行速度。本文围绕减阻支杆-射流组合减阻降热方案的减阻降热特性、影响因素作用规律、射流方向以及位置的选择等一系列工程应用关键问题进行深入研究。文章主要分为三部分:第一部分为减阻支杆-射
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减阻降热问题一直是高超声速飞行器工程化道路上的重要难题。剧烈的气动加热会对飞行器头部外壳材料造成烧蚀,破环飞行器内部电子器件,从而对飞行安全产生严重威胁。而巨大的激波阻力将会影响飞行器的升阻比,降低了飞行器的航程以及飞行速度。本文围绕减阻支杆-射流组合减阻降热方案的减阻降热特性、影响因素作用规律、射流方向以及位置的选择等一系列工程应用关键问题进行深入研究。文章主要分为三部分:第一部分为减阻支杆-射流组合方案的减阻降热特性;第二部分为不同射流方向对减阻支杆根部射流方案的影响研究;第三部分为不同射流位置的组合方案减阻降热特点及效率的比较研究。首先,针对高超声速飞行器流场特点,发展了一套基于多块网格数值仿真程序,并对其可靠性进行验证。从一种新型减阻支杆根部斜向射流方案入手,进行了网格独立性分析,系统地对比了组合方案和无射流方案的减阻降热特性。进一步,探究了一些影响因素(减阻支杆长度、斜向射流总压比和气动圆盘尺寸)对组合方案的流场特征以及钝体壁面气动参数分布的影响规律。其次,考虑了被很多文献忽略的射流方向的影响,展开了射流方向对减阻降热表现的影响研究。采用数值方法得到了减阻支杆根部逆向、斜向以及侧向射流方案的流动特征,以及钝体壁面参数分布。进而对不同射流方向工况下总阻力系数、钝体头部热载荷以及壁面斯坦顿数峰值进行对比。最终得到了研究工况下的最优射流方向。最终,总结常见的基于不同射流位置的五种减阻支杆-射流组合方案。通过数值仿真对五种组合方案在同一种工况下进行对比分析。由于不同方案壁面参数分布规律差异较大,引入了三个参数来表征单位质量流率射流减阻降热效率。综合考察了不同组合方案在降低钝体总阻力、壁面斯坦顿数峰值以及头部热载荷上的表现,为组合方案的工程应用提供了参考。综上,本文以高超声速飞行器减阻降热技术为背景,通过数值仿真的研究手段,研究了一种新型减阻支杆根部斜向射流组合方案的减阻降热特性。在此基础上,分析了射流方向对组合方案的流场和热防护表现的影响。最终,对多种经典减阻支杆-射流组合方案进行深入对比研究。本文的研究对组合方案的工程化应用具有一定借鉴意义。
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