高超声速飞行器表面热流密度工程估算方法研究

论文摘要

本文的主要目的是求高超声速飞行器的表面热流密度,采用了两种不同的方法:工程计算方法和数值计算与工程计算相结合的方法。对钝体驻点、尖锥体和钝锥体采用工程计算方法计算表面热流密度,本文针对尖锥-圆柱-裙锥轴对称外形采用数值求解轴对称欧拉（Euler）方程结合工程计算方法计算了表面热流密度。热流密度的工程计算方法是基于普朗特边界层理论,由粘性边界层方程,通过理论和经验方法得到用于计算边界层向物体表面传热的热流密度公式,结合由边界层外的无粘流场确定边界层外缘参数的计算表面热流密度的方法。本文采用牛顿法、切锥法确定表面压力分布,利用激波后等熵条件确定边界层外缘参数,并对尖锥-圆柱-裙锥轴对称外形采用轴对称欧拉（Euler）方程的数值结果确定边界层外缘参数。对于有攻角的情况,本文采用轴对称比拟的概念,采用表面流线坐标系,在小横向流动假设下,将三维边界层方程简化为轴对称形式的边界层方程,并采用李斯（Lees）层流热流密度公式计算了有攻角轴对称球头锥体上的表面热流密度。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的背景
• 1.1.1 高超声速飞行器的发展
• 1.1.2 气动热问题
• 1.2 国内外研究进展
• 1.3 工程计算方法
• 1.3.1 纯工程计算方法
• 1.3.2 轴对称比拟三维边界层（AA3DBL）程序
• 1.4 本文的工作
• 第二章 驻点和零攻角钝头体的热流密度计算方法
• 2.1 驻点热流密度
• 2.1.1 费雷德（Fay-Riddell）公式
• 2.1.2 李斯（Lees）公式
• 2.1.3 牛顿压力公式的李斯修正式
• 2.1.4 利用正激波关系式求气体激波后的压力、焓和密度
• 2.1.5 空气平衡成分
• 2.2 钝头锥体表面热流密度
• 2.2.1 李斯（Lees）层流热流密度公式
• 2.3 高温气体的热力学特性和输运特性
• 2.4 算例
• 2.5 小结
• 第三章 尖锥体表面层流、湍流热流密度计算方法
• 3.1 尖锥体表面层流热流密度计算方法
• 3.1.1 热流密度公式
• 3.1.2 参考焓
• 3.1.3 斜激波关系式求气体激波后的压力、焓和密度
• 3.1.4 切锥法
• 3.2 尖锥表面湍流热流密度计算方法
• 3.2.1 湍流热流密度公式
• 3.2.2 轴对称Euler 方程
• 3.3 算例
• 3.4 小结
• 第四章 有攻角钝头体表面热流密度计算方法
• 4.1 有攻角飞行器表面热流密度工程计算方法
• 4.1.1 轴对称比拟法
• 4.1.2 采用轴对称比拟结合李斯公式的求解过程
• 4.2 算例
• 4.3 小结
• 第五章 全文总结与展望
• 5.1 本文的主要工作
• 5.2 后续工作的展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文