高超声速飞行器前缘缝隙流动数值模拟研究-论文.pdf

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1、第35卷第8期宇航学报Vo1．35No．82014年8月JournalofAstronauticsAugust2014．．．】Cj同超声速飞行器前缘缝隙流动数值模拟研究张昊元，宗文刚。，桂业伟，(1．中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室，绵阳621000；2．中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，绵阳621000；3．四川大学化工学院，成都610065)摘要：通过分析高超声速飞行器前缘防热瓦结构，建立了一种开缝前缘的简化模型。针对这一模型的流场通过求解三维可压缩Navier．Stokes方程进行了数值模拟。研究了缝隙诱导形成

2、的三维旋涡的空间分布特征和旋涡运动对物面气动加热的影响规律。模型圆弧段缝隙肩部倒圆区因存在较强的三维效应形成“常规”高热流区，而缝隙内主旋涡再附致使侧壁上存在一个“非常规”高热流区；模型平直段展向流动诱导缝隙上方出现较强的旋涡运动，同时流动在缝隙倒圆区形成分离涡并于缝隙侧壁面再附，受这些旋涡运动的影响，缝隙肩部倒圆区转变为局部热流低值区，缝隙侧壁上存在局部热流高值区。关键词：高超声速飞行器；前缘缝隙；气动加热；数值模拟中图分类号：V211．3文献标识码：A文章编号：1000-1328(2014)08-0893-08DOI：10．3873／j．is

3、sn．1000—1328．2014．08．005NumericalInvestigationofFlowinLeading-EdgeGapofHypersonicVehicleZHANGHao—yuan，ZONGWen．gang，GUIYe．wei，(1．StateKeyLaboratoryofAerodynamics，ChinaAerodynamicsResearchandDevelopmentCenter，Mianyang621000，China；2．ComputationalAerodynamicsInstituteofChinaAerod

4、ynamicsResearchandDevelopmentCenter，Mianyang621000，China；3．CollegeofChemicMEngineering，SichuanUniversity，Chengdu610065，China)Abstract：Theverticalgapflowinthewing—leading—edgeofthehypersonicvehicleisinvestigatedinthispaper．Byanalyzingthestructureoftheleading—edgeshield，ageomet

5、ricalmodelfortheleading—edgegapisestablished．Theflowfieldstructureisobtainedbysolvingthe3DNavier·Stokesequations．Thespatialdistributionfetatureofthe3Dvo~exinducedbygapandcorrespondingrelationsbetweenthevo~exmotionandheat—fluxdistributionayeanalyzed．Thenumericalresultshowsthat

6、inthecircularsection，theroundingzoneofthegapshoulderisalocalhighheatfluxregionbecauseofstrong3D—efectnormally．andthereattachmentoftheprimaryvortexinthegapleadstoa“non-normal’highheatfluxregiononthesidewallofthegap．Inthestraightsection，thereisas~ongvortexregionabovethegapinduc

7、edbyspanwiseflow．Becauseoftheeffectofvo~exseparation，theoriginallocalhighheatfluxregionattheroundingzoneofthegapshoulderturntolocallowheatfluxregion，andlocalhighheat—fluxregionexistsinthesidewallregion．Keywords：Hypersonicvehicle；Leading—edgegap；Aerodynamicheating；Numericalsim

8、ulation气动加热，因而为了保证飞行器的结构强度和飞行0引言安全，除了常规的热防护系统之外，在这些特殊随着高超声速飞行技术的发展，如