高超声速弹翼表面气动烧蚀现象的研究及其仿真数值计算

【摘要】： 本文以高超声速飞行的直角梯形弹翼为研究对象，对其表面的烧蚀现象进行了较为全面的研究。从一般形式的导热微分方程出发，逐步建立了弹翼内部温度分布和烧蚀的数学计算模型；与此同时，建立了弹翼表面的热流密度和压力分布的数学模型。采用有限差分法进行数值求解，并编制了较为通用的仿真软件，用于模拟诸如由电热化学炮发射的高超声速穿甲弹弹翼前缘的瞬时热效应。由于这类弹丸在大气中高速飞行，并受到剧烈的气动加热及空气动力负荷的作用，因此，弹翼前缘部的生存能力就成为弹丸设计中必须要考虑的问题。本文通过仿真软件模拟了弹翼的瞬时烧蚀外形，并详细讨论了不同初速、不同翼形、不同气象条件及不同材料条件下的烧蚀特性。最后，初步分析了高超声速弹翼表面发生烧蚀后对其外弹道特性的影响。文中所采用的理论、方法及计算结果对以后进行高超声速弹箭的研究有一定的参考价值。