高超声速飞行器侧向喷流数值研究

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1、国内图书分类号：V412学校代码：10213国际图书分类号：530密级：公开工学硕士学位论文高超声速飞行器侧向喷流数值研究硕士研究生：陈芳芳导师：周超英教授申请学位：工学硕士学科：流体机械及工程所在单位：深圳研究生院答辩日期：2012年12月授予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:V412U.D.C:530DissertationfortheMasterDegreeofEngineeringNUMERICALINVESTIGATIONSOFATRANSVERSEJETINTERACTIONWITHSUPERSONICFREESTR

2、EAMCandidate：ChenFangfangSupervisor：Prof.ZhouChaoyingAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngineeringSpeciality：FluidMachineryandEngineeringAffiliation：ShenzhenGraduateSchoolDateofDefence：December,2012Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学工学硕士学位论文摘要侧向喷流控制技

3、术是利用喷流反作用力进行姿态控制，在飞行器的姿态控制方面相对于传统的气动舵面具有反应快，效率高的特点。当超声速喷流射入超声速来流中时，喷流对流场产生复杂的干扰现象，干扰流场对飞行器产生附加的气动力气动力矩，这对精确的姿态控制是不利的。准确预测干扰流场及其对飞行器气动特性的影响，对于提高喷流的控制效率、保证飞行的稳定性具有重要意义。本文采用标准k-ε湍流模型，通过求解三维轴对称Navier-Stokes方程数值模拟了超声速来流中飞行器侧向喷流流场。并选取了零攻角飞行条件下改变喷流压比的侧向喷流流场气动特性的算例，验证在处理高超声速飞行器侧向喷流干扰流场

4、数值研究过程中本文采用的算法具有较高的可信度和准确性。在此基础上着重分析不同飞行攻角、喷流压比和喷口位置对飞行器侧向喷流流场结构及其对飞行器气动特性的影响。研究表明：小攻角范围内侧向喷流干扰流场空间尺度和气动增益呈近似线性变化；随着攻角增大力放大系数和俯仰力矩放大系数会出现峰值，喷口位置和飞行高度对峰值均有影响；喷口处于迎风面时干扰流场对飞行器气动力变化影响更剧烈，处于背风面时干扰流场范围更大；随着喷流压比的增加，射流穿透能力增强，喷流对流场产生的干扰范围增大，使得喷流的包裹作用增强。同时，力放大系数和力矩放大系数减小，即喷流压比越大，干扰流场对飞行

5、器产生的侧向力和俯仰力矩的影响越小；随着喷口位置距离肩部的增大，力放大系数增大，力矩放大系数减小。即干扰流场对飞行器产生的侧向力的越大，同时干扰流场对飞行器产生的附加力矩越小；随着高度的增大，干扰流场的范围增大，但是对与飞行器的气动特性影响减小。关键词：高超声速；侧向喷流；流场结构；力放大系数；力矩放大系数-I-哈尔滨工业大学工学硕士学位论文AbstractTransversejetcontroltechnologyusethejetthrusttocontroltheflightattitude.Ithastheadvantagesoffastre

6、sponseandhighefficiencycomparedtoconventionalpneumaticrudderinthespacecraftattitudecontrol.Whenthesupersonicjetinjectedintoasupersonicstream,jetgeneratecomplexinterferencephenomenon,Interferenceflowfieldforaircraftgenerateadditionalaerodynamicforceandpneumaticmoment,whichisadve

7、rsetopreciseattitudecontrol.Accuratepredictionoftheinterferenceflowfieldandtheinfluenceoftheaerodynamiccharacteristicsofaircraftcanimprovethesprayingflowcontrolefficiencyandensurethestabilityoftheflight.Lateraljetinterferenceonavehicleinsupersonicfreestreamisnumericallystudiedb

8、ysolvingtheasymmetricandthreedimensionalNavier-Stokese