来流马赫数对座舱气动加热影响的数值模拟

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1、第43卷第4期2011年8月南京航JournalofNanjing空航天大学学报UniversityofAeronautics&AstronauticsV01．43No．4Aug．20ll来流马赫数对座舱气动加热影响的数值模拟吴丹许常悦孙建红(南京航空航天大学航空宇航学院，南京，210016)摘要：采用数值手段研究了来流马赫数对飞机座舱附近区域气动加热的影响，计算的来流马赫数为o．8～2．O，基于翼展的雷诺教为107。通过分析飞机蒙皮表面的温度分布、表面摩擦因数、壁面法向速度梯度和热流量等物理量，给出了飞机头部座舱附近区域的气动热分布情况．计算结果

2、表明，随着来流马赫教的增加，壁面法向速度梯度增大，飞机对称面上的平均温度、表面摩擦因数和热流量随之增大。此外，针对某型号飞机的计算结果表明，座舱附近区域上表面中心线上的平均温度与来流马赫数、自由来漉温度之间呈一定的函数关系。关键词：气动加热}湍流；超声速流动；数值模拟中图分类号；0357．52文献标识码；A文章编号：1005·2615(2011)04·0464·06NumericalSimulationAbOutEffectofMachNumberonAerodynamicHeatingAroundCabinH，扎．f)口n，．X’“C^口行gy“

3、e，S“n。，记咒^D咒g(C0llegeofAerospaceEngineering，NanjingUniVersityofAeroIlautics&Astro啦utics，Nanjing，210016，China)Abstract：TheeffectofMachnumberonaerodynamicheatingisinvestigatednumericallyforthefree—streamMachnumber^妃∞fromO．8to2．OandReynoldsnumber107basedonaircraftwingspan．Thework

4、providesaninsightintothegenerationmechanismofaerodynamicheatingbasedonsometypicaIvariables，includingwaUtemperature，skinfrictioncoefficient，velocitygradientinthenormaldirectionandheatfluxonthesurfacecenterlines．DuetothegrowthofvelocitygradientinthenormaldirectionnearthewaU，them

5、eanwaUtemperature，skinfrictioncoefficientandheatnuxonthesurfacecenter-Iinesincreasewith朋矗∞．Moreover，thereisafunctionalrelationofthemeanwalltemperaturealongthecenterlinetofreestreamtemperatureand^I．口∞．Keywords：aerodynamicheating；turbulence；supersonicflow；numericalsimulation飞机高速

6、巡航时，大气摩擦效应导致的气动热会使其蒙皮处形成较高的温度[1]。气动加热是飞机蒙皮材料选择、座舱环控系统设计等问题需要考虑的重要因素，因此得到了广泛的关注[2{】。Sche卜rer[6】研究了超声速流动中三种旋成体的表面热交换情况，着重分析了边界层转捩位置、恢复因子及传热系数等因素对于热传递特性的影响。Swenson等人[73进行了气动热力学飞行试验，初步验证了采用红外遥感图像技术测量飞行器表面热量传递的基金项目收稿日期通讯作者可行性。黎作武等人[8]采用有限差分格式求解完全气体的Navier—Stokes方程，开发了用于计算高超声速航天飞行器气

7、动力和气动热的软件系统．James[93通过比较不同的湍流模型在预测高超声速流动的壁面摩阻和热流方面的能力，发现愚一叫和惫一鹕ST两种湍流模型的计算结果与试验数据较为接近。吕建伟和王强[10】研究了飞行高度和马赫数对超声速飞行器表面气动加热的作用，通过数值计算分析了飞行高度、马赫数和内热源对蒙皮温度分：中国博士后科学基金(20100481141)资助项目；江苏省博士后科研资助计划(0902001C)资助项目．：2010—07一03；修订日期：2011一04—07：孙建红，男，教授，博士生导师，1968年4月生，E一啪iI：jhsun@nuaa．ed

8、u．cn。第4期吴丹，等：来流马赫数对座舱气动加热影响的数值模拟465布的影响，建立了飞行器蒙皮温度场耦合计算的理论模型。