蜂蜡球锥的驻点烧蚀研究

1.引言 飞行器再入大气层时受热情况严重,表面要发生严重的烧蚀,外形要发生显著的变化,驻点的烧蚀更为严重。这一烧蚀过程能否由蜂蜡这种低温液态层材料在高超音速风洞中再现,能否通过对蜂蜡球锥的驻点烧蚀研究为液态层材料的烧蚀图象形成机理和发展规律提供依据,为两相流问题的理论研究提供实验资料,这便是我们进行蜂蜡球锥驻点烧蚀研究的目的。     

六相交流放电再入飞行器热环境地面模拟研究

再入飞行器高速飞行过程中,其表面受到强烈的气动加热作用,所产生的复杂高温气体环境会破坏飞行器材料,影响飞行器结构的可靠性.因此,基于地面装置实现高速飞行器再入过程中表面热环境的模拟,对于再入飞行器的热防护测试具有十分重要的意义.文章基于数值模拟,分析了工作气压的变化对等离子体中非平衡能量输运过程以及等离子体气体温度等参数的影响规律,提出了通过改变工作气压来调节等离子体冲击壁面的热流密度的方法.基于此,首先以表面热流密度和加热时间与真实飞行条件下一致为原则,基于六相交流电弧放电等离子体实验平台,产生了大体积、高气体温度,且壁面热流密度可调的等离子体电弧射流.然后,对采用酚醛浸渍基碳热防护材料的烧蚀体进行了地面烧蚀实验,在壁面热流密度为1.07～3.95 MW/m2范围内获得了与文献报道吻合较好的实验结果,初步验证了该方法的可行性.对高速再入飞行器典型部件进行了烧蚀实验,在壁面最高热流密度为5 MW/m2的实验条件下,获得了与空间飞行实验吻合良好的地面模拟实验结果.这表明在不采用高成本风洞的前提下,本论文所提出的地面模拟实验方法可在一定程度上模拟飞行器再入过程中的表面热环境.     

超高速自由飞弹道靶和二级轻气炮

超高速自由飞弹道靶是最重要的现代气动试验设备之一。由于它是超高速范围内唯一能同时模拟再入飞行器马赫数、雷诺数和焓值的一个设备,而且与风洞类设备相比有洞壁干扰较小,无模型支承干扰、不存在流场品质好坏问题和在一个设备上仅通过对模型发射参数的调整,即能实现很宽的马赫数模拟等优点,因此,在高超声速气体动力学和再入气动物理学研究中,能发挥特殊重要的作用。     

再入飞行器的制导工具误差分段补偿技术研究

针对再入飞行器的惯性仪表误差模型在地面测试环境下和真实飞行环境下不一致的特点，提出了按照过载变化的大小对其误差模型进行分段辨识和分段补偿的方法，以补偿飞行器高速再入过程中的制导工具误差。最后通过计算机仿真试验验证了此方法的正确性，为实际应用提供了理论依据。     

高超声速飞行器控制研究综述

高超声速飞行器控制研究主要讨论吸气式高超声速飞行器巡航控制问题和无动力高超声速飞行器返回再入控制问题.吸气式的高超声速飞行器主要针对于两种构型:锥体加速器构型和X-30构型,无动力高超声速飞行器主要考虑X-33和X-38构型.分别对锥体加速器构型、X-30构型和再入模式的动力学模型和控制进行了综述,并指出了近来高超声速飞行器控制研究的热点问题.      

消息与动态

烧蚀试验纵横向自动送进系统研制成功电弧加热器烧蚀试验是研究再入飞行器防热层的地面模拟试验的主要手段。为了更好地模拟飞行条件,人们一直致力于电弧加热器性能的改进。随着电弧加热器运行技术的提高,用来测量参数的各种水冷探针极易烧毁。因此瞬态焓探针,零点量热计等快速扫掠型探针应运而生,而后者需要一套可调速     

气体模型对再入飞行器气动力热环境影响的数值研究

复杂外形再入飞行器的设计,需对气动力热环境进行预测,由于不同的气体模型会对预测的结果产生影响,所以气动设计时就必须考虑这一影响.采用热化学平衡气体模型和双温度热化学非平衡气体模型对复杂外形再入飞行器的气动力热环境进行了数值计算;分析了气体模型对气动力、壁面热流等值线、驻点线平动温度、振动温度、组分质量分数等特征量的影响...     

消息与动态 (十四)

烧蚀试验纵横向自动送进系统研制成功电弧加热器烧蚀试验是研究再入飞行器防热层的地面模拟试验的主要手段。为了更好地模拟飞行条件,人们一直致力于电弧加热器性能的改进。随着电弧加热器运行技术的提高,用来测量参数的各种水冷探针极易烧毁。因此瞬态焓探针,零点量热计等快速扫掠型探针应运而生,而后者需要一套可调速 ...     

消息与动态 (十四)

烧蚀试验纵横向自动送进系统研制成功电弧加热器烧蚀试验是研究再入飞行器防热层的地面模拟试验的主要手段。为了更好地模拟飞行条件,人们一直致力于电弧加热器性能的改进。随着电弧加热器运行技术的提高,用来测量参数的各种水冷探针极易烧毁。因此瞬态焓探针,零点量热计等快速扫掠型探针应运而生,而后者需要一套可调速 ...     

小型飞行器空气动力学

对小型飞行器设计中涉及的空 气动力学问题进行了综述.描述了雷诺数和展弦比对固定翼飞行器的设计以及飞行 性能的影响.在低雷诺数飞行范围,翼型上边界层的特性对飞行器的设计尤为关键. 本文讨论了大量有关层流边界层(包括层流分离泡影响)的实验,作为例子,列举了几 个此飞行雷诺数范围的小型低空无人驾驶飞行器(UAVs).此外,对扑动翼推进的理论 模型进行了简述;其范围涵盖了早期的准定常附着流模型,以及后来计及非定常尾涡、 流动分离以及气动弹性等效应的模型.文中还介绍了那些与理论互补并最终导致扑 翼机设计成功的实验.     

再入湍流尾迹及其对雷达散射的影响研究

就高超声速再入体尾迹等离子体场而言,为进行其亚密湍流雷达散射截面的理论分析,提出了计算湍流尾迹脉动等离子体场强的理论模型及求解方法,即在研究高超声速尾迹流动特征的基础上,推导、使用包括化学组份浓度脉动强度的k－ε－g湍流模型,用以封闭高超声速粘性尾迹湍流运动时均控制方程组,并用全隐式有限差分法求解,算例小钝锥体的飞行条件为零攻角、M_∞＝21．3,Re_（∞D）＝1．33×10~6;M_∞＝20．5;Re_（∞D）＝3．22×10~5,计算结果得到了合理的参数分布;考虑电磁波在上述等离子体介质中的传播,以单电子多次散射模型─—畸变波Born近似方法,计算了湍流尾迹脉动等离子体雷达散射截面,给出散射能（RCS）在不同极化状态下的分布,分析了散射背景场脉动湍流对电磁波在其中传播的影响．     

Numerical investigation of transpiration and ablation cooling

To predict the integral performance of transpiration and ablation cooling during the reentry of hypersonic vehicles, an unsteady numerical model based on the assumption of thermal equilibrium is presented. The non-thermal equilibrium model and the thermal equilibrium model are coupled by the effective thermal properties of the porous matrix and the coolant. The calculation using the thermal equilibrium model shows the influence of the variation of the effective thermal properties on the numerical results by a comparison between constant and variable thermal properties. The comparison indicates that near the melting temperature of the porous matrix, the position of the moving boundary due to ablation is sensitive to the temperature, therefore, the variation of the thermal properties are considered in this paper. The process of ablation and transpiration cooling is simulated under different numerical conditions. The simulations demonstrate that the injection rate of coolant mass flow and initial temperature of cooling are important parameters for the control of the ablation process.     

再入飞行仿真的几个力学问题

本文针对航天器再入飞行仿真的研究。就仿真中的几个力学问题，讨论了如何建立合理的物理模型和数学模型。再入飞行仿真主要涉及刚体运动的飞行轨迹计算模型，涉及激波，表面压力。摩擦阻力。粘性干扰等因素的气动力计算模型；涉及边界层厚度，转捩，传热和物面粗糙度，辐射传热等因素的气动热计算模型；涉及结构强度，动态特性，稳定性，热应力等因素的有限元计算模型；涉及硅基和碳基防热材料，防热层温度分布等因素的热化学烧蚀模型；涉及天气严重环境指数，粒子与激波层干扰，粒子运动特性等因素的粒子侵蚀模型。涉及瞬时外形变化。气动特性变化。累积质量损失等因素的总体参数计算模型；其中要特别注意把握好对绕流流场计算，转捩准则选择，结构响应跟踪，瞬时外形圆整等问题的处理。才能使再入飞行仿真顺利进行到再入落地，而且仿真结果具有很好的可信度。     

Numerical models for vehicle exhaust dispersion in complex urban areas

Two numerical models are presented for predicting vehicle exhaust dispersion in complex urban areas with or without the wind field. The models not only reflect the effect of building and street canyon configuration on the pollutant propagation, but also are able to predict the turbulent energy produced by moving vehicles on the road. In particular, in the discrete model, turbulent energy and pollutant concentration produced by each vehicle are dynamically described in the Lagrangian method. The pollutant propagation is calculated with the advection–diffusion equation. The Reynolds averaged Navier–Stokes equations are numerically solved for the wind flows. The movement and heat release rate of the vehicles are treated as sources of the turbulent energy equation for the computation of turbulent energy produced by the moving vehicles. This paper reports the detailed implementation of the models. Four typical numerical tests were carried out to represent the performance of the proposed numerical models. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

返回舱高雷诺数再入过程底部流动稳定性

返回舱高雷诺数再入过程中存在肩部高热流、底部阻力无法准确预测以及非定常振动等问题,解决此类问题的关键是分离和转捩等物理现象的准确识别. 本文采用大涡模拟方法细致刻画了返回舱类钝体外形在高雷诺数再入过程中的分离和转捩等物理现象,获得了返回舱底部流动形态以及稳定性特征. 从肩部剪切失稳、底部流动结构失稳、尾迹发展区以及远尾迹区的耦合失稳等多个角度分析了返回舱外形的底部流动失稳机制.研究发现, 返回舱类外形底部流动稳定性主要存在两类失稳模式即肩部剪切失稳模式以及底部流动结构失稳模式,二种模式存在耦合效应, 同时在远尾迹湍流区域存在类卡门涡街的振荡行为.这些认识为理解返回舱外部扰动因素对底部流动的作用机理及返回舱稳定性控制提供了基础理论支撑.      

微型飞行器低雷诺数空气动力学

微型飞行器(MAVs)设计绝不是常规飞行器在尺度上的简单缩小,面临许多技术难题.其中微型飞行器低雷诺数空气动力学是其最为根本的技术瓶颈之一,也是当前受到广泛关注的热点之一.本文紧密结合微型飞行器技术,对这一领域中所面临的低雷诺数空气动力学问题和近两年来该方向国内一些新的进展进行了较为详细的介绍.按照MAVs飞行方式和结构特性进行分类,简单介绍微型飞行器研究中的低$Re$数空气动力学问题.首先介绍了二维和三维固定翼低雷诺数空气动力学问题:包括层流分离泡,翼型升力系数小攻角非线性效应,静态迟滞效应,以及低$Re$数小展弦比机翼气动特性.第2,介绍了拍动翼低雷诺数空气动力学方面的研究工作.包括前人提出的昆虫低$Re$数下获得高升力的多种非定常拍动翼飞行机制:Wagner效应、Weis-Fogh效应(clap-and-fling)、延迟失速效应(delayedstall)、Kramer效应(rotational forces)、尾迹捕获效应(wakecapture)、附加质量效应(addedmass)等.以及国内学者近几年在拍动翼方面取得的一些研究成果.第3,介绍了柔性翼低雷诺数气动问题.研究表明柔性翼对于固定翼微型飞行器提高抗阵风能力,拍动翼微型飞行器产生足够的升力和推力.最后简单介绍了可变形翼(morphingwing)微型飞行器方面的一些研究工作,指出微型飞行器技术可以通过采用可变形翼设计,突破众多的技术瓶颈.另一方面,可变形翼概念可以通过在低成本,低速的MAVs上进行飞行试验,获得非常好的验证平台.