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《国防科学技术大学》 2002年
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再入体表面脉动压力环境的分析与预测

张志成  
【摘要】: 脉动压力环境是高超声速再入体结构设计中仅次于热环境的重要问题,它不但可能造成结构破坏,而且可能诱导强烈的噪声环境,影响机载仪器的正常工作。本文的研究工作立足于工程设计中结构稳定性分析的需要,分别从物理流动现象和流动稳定性理论及湍流理论出发,分析了脉动压力环境的成因及特征。在综合比较了研究脉动压力环境的几种方法之后,论文指出,数值模拟技术与脉动压力的工程预测模型相结合的研究方案具有很好的应用前景和经济价值。随着计算机性能的迅速提高以及计算流体力学的发展,这一技术途径将日益受到重视。遵循这一技术途径,本文基于质量加权平均的三维N-S方程和B-L湍流模型,应用时间、空间二阶精度的NND格式对超声速、高超声速飞行条件下再入体周围的流场进行了数值模拟。再现了再入机动飞行时的复杂流动现象,为脉动压力预测模型提供了详细的平均流动参数。基于流场的数值计算结果和实验数据,本文将现有的工程预测模型加以适当的拓展用以分析预测某再入体表面的脉动压力环境特征,为再入体的结构设计提供参考依据。论文选用文献[4]中基于平均流动参数的预测模型分析了再入体控制舵面前方锥面上的脉动压力环境,得到了与实验数据基本一致的结果。根据控制舵面周围局部流场的分区特征,应用相关分析方法及实验数据处理技术建立了预测控制舵面周围复杂流场脉动压力环境的数学物理模型。利用课题提出单位提供的大量实验数据验证了该模型的可靠性。在此基础上,本文考察了较高马赫数范围内,某再入体表面的脉动压力环境特性,得到了与物理事实及理论分析相符的定性结论。计算发现,在控制舵面周围的局部流场内,由激波他界层相互干扰诱导的脉动压力环境是再入体表面最为严重的脉动压力环境,不但可能诱发结构颤振,造成结构破坏,还会影响飞行器的整体气动力特性。论文最后将上述研究成果转化为分析和预测再入体表面平均压力及脉动压力环境的一体化软件,供工程设计部门参考使用。
【学位授予单位】:国防科学技术大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2002
【分类号】:O355;TJ760.11

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