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高超声速弹箭头部气动热数值计算

张钧波

   本文对稠密大气层中飞行的高超声速弹箭(马赫数Ma=5~8),采用工程近似计算和数值模拟相结合的方法,计算分析弹箭头部气动加热及内部温度场分布。 对于钝头旋成体层流边界层的加热问题,首先采用费-里德尔(Fay-Riddle)平衡边界层驻点热流密度公式计算头部驻点热流密度,然后采用Lees方法将弹箭头部热流密度用驻点热流密度归一化表示。在数值离散时,将热流公式线性化成壁面温度的函数关系式,并作为弹箭头部温度场数值模拟的边界条件。 在弹体内部,采用有限体积方法,二阶精度,全隐格式,在非结构化网格上离散三维非稳态导热方程。由于网格的非正交性和高精度要求,同时交替计算一次扩散项(法向分量)和二次扩散项(切向分量)。程序编写采用Fortran95语言,模块化完成二维和三维程序的编制;并且实现了网格前处理的多功能化,可以与通用商用软件Tecplot和Gambit进行直接对接。 最后,在充分验证程序的正确性后,将热环境的工程算法和温度场数值模拟相耦合,对两种不同的弹头模型进行弹箭头部温度场的数值模拟,得到最高温度分布区间和动态温度场变化规律。计算结果表明:来流马赫数、头部球头的直径等是影响气动热的重要因素。本文结果正确可信并具有一定的实用价值,可供工程设计人员参考。……   
[关键词]:高超声速;气动热;非结构化网格;有限体积法
[文献类型]:硕士论文
[文献出处]:南京理工大学2009年
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