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计算流体力学
2015年09月01日 20:47      浏览:

课题组成员:李椿萱,吴颂平,陈来文,张劲柏,邹辉,高振勋,蒋崇文,肖应超,周越,万连

计算流体力学课题组基于承担的国家重大科技专项项目,在高超声速空气动力学、高超声速气动热力学以及磁流体力学等领域开展了相应的研究工作,取得了一系列研究进展和成果,部分工作进展如下:

A.       高超声速空气动力学研究

对高超声速飞行器的布局形式和设计原理进行了系统性的研究,对不同类型高超声速飞行器气动布局要求进行了分析。针对不同高超声速飞行器布局需求,提出了高超声速飞行器气动布局的相关原理和设计方法。同时对高超声速飞行器气动控制方法进行了研究,提出了RCS(反作用控制系统)与气动舵面复合控制的方法,分析了复合控制的作用规律。具体研究进展包括:

1)          提出了高超声速飞行器密切曲面乘波体设计方法;

2)          提出了高超声速飞行器前体/进气道一体化设计的马赫面切割方法;

3)          提出了被动乘波设计方法;

4)          对平板、旋成体、压缩拐角等模型RCS喷流干扰机理进行了研究;

5)          完成了高超声速再入滑翔飞行器RCS/气动舵复合控制方法研究。

 

             被动乘波设计飞行器表面压力分布                        密切曲面乘波体设计飞行器流场    

        B.        高超声速气动热力学研究  

实验室在化学非平衡流动模型及数值模拟、辐射传热机理及模型、高温空气振动-离解耦合效应建模等研究领域开展了系统性的研究工作,取得了一批研究成果,发展了可考虑转捩/湍流、化学反应、辐射传热等多种物理化学效应的高超声速内外流一体化气动力/热数值模拟平台ACANS。具体研究进展包括:

1)          建立了可采用多种化学动力学模型进行数值模拟的计算平台,能够准确进行高超声速内外流一体化气动力/热数值模拟;

2)          建立了考虑热力学非平衡效应的多温度模型,提高了探月返回及火星再入等问题气动热预测结果的准确性;

3)          发展了考虑热辐射效应的超燃冲压发动机内流道热环境预测方法,建立了能够准确预测超燃冲压发动机内流道热环境的数值模拟平台。

               

                  内流超声速湍流燃烧流动                                                                         返回舱外流场

C.       磁流体力学研究

在高超声速流动控制等离子体技术的概念研究、磁流体热动力学的数值模拟及其在可重复使用运载器的新型推进技术的应用研究、磁流体湍流建模研究等方面开展了相关研究,具体取得的研究成果包括:

1)          开展了磁流体发生器三维数值模拟研究,分析了壁面上布置五对电极情况下低磁雷诺数的磁流体发生器性能,表明磁作用数为1的量级时磁流体发生器完全可应用于高超声速飞行器;

2)          开展了大尺度磁流体流动控制技术研究,对飞行马赫数高于设计马赫数下高超声速飞行器前体的激波结构采用发生器模式磁流体装置进行控制,使激波结构在一定条件下可恢复到设计状态;

3)          开展了磁流体湍流建模研究,在低磁雷诺数近似下,通过逐项模化湍动能输运方程的磁流体源项提出一适于任意磁场布置形式的不可压磁流体湍流非线性涡粘性k-ω模型,并推广到可压缩流动。

                                         

                  磁流体进气道激波结构示意图                    再入飞行器表面磁流体发电装置

 

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