级间热分离喷流干扰特性数值模拟

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1、2011年第3期导弹与航天运载技术No。3锄ll总筇313期MISSII。ESANDSPACEVEHICLESSumNo．313文章编号：1004—7182(2010)03．0020．05级间热分离喷流干扰特性数值模拟王常悦，朱广生，马友林(北京宇航系统工程研究所，北京，100076)摘要：采用数值手段研究级问热分离过程中喷流对二子级流场的干扰特性，并与风洞试验结果进行比较分析。研究结果表明：喷流使二子级尾段边界层发生分离，分离区内压力升高；有攻角后，背风分离区范围增大，分离点前移，迎风面规律与之相反；基-t-不N的质心位置，喷流干扰对二子级纵

2、向稳定性有不同程度的改变，对二子级的飞行起控有较大影响。关键词：级间分离；喷流干扰；气动特性中图分类号：V43文献标识码：ANumericalSimulationofJetInteractionCharacteristicsDuringStageSeparationWangChangyue，ZhuGuangsheng，MaYoulin(BeijingInstituteofSpaceSystemEngineering，Beijing，100076)Abstract：Thecharacteristicsofthejetinteraction0nth

3、esecondstage’Sflowconditionsduringstage-separation，aleinvestigatedwithnumericalmethod，comparingwiththewindtunnelexperimentresults．Thejetinteractionresultsinboundarylayerseparationonthesecondstagetailandpressureincreaseattheseparationregion．Theangleofattackenlargestheseparati

4、onregionandmovestheseparationpointforwardontheleeward，whichisoftheoppositestatusonthewindward．Basedondifferentpositionsofthecenterofmass，jetinteractionhasdifferentinfluencesontheupperstagelongitudinalstability,whichhaslargerimpactsontheflightattitudecontrolKeyWords：Stagesepa

5、ration；Jetinteraction；Aerod)，namiccharacteristicsO引言在中低空级间热分离过程中，二级发动机喷流受到级间段结构的阻挡从排焰孔和分离缝隙排出，与外流相互作用后形成复杂的干扰流场，对两级气动特性影响严重，特别是继续飞行的二子级将受到不可忽视的干扰力、干扰力矩⋯。过去一般采用保守设计，致使二级起控时给出了过大的姿态偏差条件，使一二级级间分离和二级起控成为武器研制中的难点。国内外对级间分离进行了大量的试验研究【2'3】，早期主要关注级问段开孔与否及开孔面积、数量和形状对级间压力、热环境和气动特性的影响。对

6、此有了初步认识后，开始重点关注喷流对上、下两级纵向特性的影响。由于分离时刻受力状态的特殊性，如较小的升阻比、较大的轴向载荷等f4】，对试验的测量技术提出了很高要求，同时试验中还存在支撑干扰等诸多不利因素。与试验相比，通过数值手段对级间分离流场进行模拟可避免上述问题，还可提供试验无法获得的流场细节；但数值模拟所作的简化和假设与真实现象有一定的差距，计算结果需要借助试验验证其可靠性。随着计算流体力学的发展和级问分离地面风洞试验数据的积累，使深入研究该问题成为可能。本文采用风洞试验和数值模拟两种手段研究了分离过程中喷流和外流的干扰流场，关注喷流对二级

7、气动特性的影响，并对计算和试验结果的差异进行了分析。1数值模拟方法1．1控制方程控制方程为基于Favre质量加权平均的三维直角坐标系下非定常守恒型无量纲NS方程组：塑+望+塑+塑：o砸破砂az式中Q为守恒变矢量；^g，h分别为3个坐标方向收稿日期：2010．06．08作者简介：工常悦(1984一)，男，助理E程师，研究方向为气动与热环境设计第3期工常悦等级问热分离喷流干扰特性数佰模拟21jII鼍詈!皇詈!皇!!曼曼曼曼皇量皇曼!!詈!曼鼍!!鼍曼!曼鼍曼鼍量!曼!!曼!!曼!曼!!!!!!!!曼!鼍!!詈!!皇!!皇曼!曼!!詈!!!!!!!曼

8、曼!曼曼鼍曼!皇!!曼!曼的通量，表示为2风洞试验方法Q=ppupvl；f=pwpepum子七p—t。puv一％puw一％(肛+p)u—ur=一V‰一