高超声速外形减阻方案与数值模拟

【摘要】：减阻是研制和发展高超声速飞行器必须考虑和解决的一个重要问题。减小高超声速飞行时的阻力就意味着飞行器本身能携带更多的燃料和有效载荷。 本文基于Euler方程与N-S方程,对不同减阻设计构型的钝头体高超声速外形在不同状态下的阻力进行了数值计算与分析比较。重点研究了涵道减阻设计构型与气动撑杆减阻设计构型两种高超声速外形的减阻方案各自的减阻效果。涵道减阻设计构型主要研究涵道高度对阻力大小影响,气动撑杆减阻设计构型主要研究撑杆长度和撑杆头部形状对阻力大小的影响,通过与Fluent计算结果的分析比较,总结了这两种减阻设计构型的减阻效果与规律。 首先,发展了基于Jameson中心格式的有限体积法的二维Euler方程和N-S方程计算方法,时间推进为Runge-kutta显式时间推进格式。N-S方程紊流模型基于S-A模型。应用了当地时间步长、隐式残值光顺等加速收敛措施。计算得到的翼型的上下翼面压力系数与实验数值吻合较好。其次,采用本文发展的计算程序,与Fluent软件进行了对比,以确定应用于减阻方案分析的计算技术的可行性。最后,运用Gridgen分别生成适用于Euler方程计算的无粘非结构网格与适用于N-S方程计算的粘性结构网格,采用本文发展的计算程序与Fluent软件,对不同减阻设计构型的钝头体高超声速外形在不同状态下的阻力进行大量数值计算,对计算结果进行了细致分析,给出了相关规律与结论。