《稀薄效應下縫隙熱環境及其加熱機理研究》是依託中國航天空氣動力技術研究院，由黃飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：稀薄效應下縫隙熱環境及其加熱機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：黃飛
- 依託單位：中國航天空氣動力技術研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高超聲速飛行器縫隙流動對局部縫隙熱防護產生重要影響，導致局部縫隙熱流數倍升高，因而，高超聲速飛行器氣動防熱的精確設計需要準確預測縫隙流動特性及其熱環境分布。縫隙尺度與壓力梯度對高超聲速飛行器局部縫隙熱環境有非常大的影響：縫隙尺度對縫隙流動的影響存在渦結構演變現象，即隨著縫隙長深比的增加，縫隙流動從單渦結構逐漸過渡至雙渦結構，這種渦結構的演變直接導致熱環境分布存在巨大差異；在連續流區壓力梯度效應的認識中，對於短的開式縫隙，壓力梯度對縫隙肩部影響較小，對於長的閉式縫隙，和零壓力梯度條件下熱流相比，壓力梯度的存在可使熱流增加約50%。這一現象對於新一代高空高超聲速飛行器局部熱防護設計尤為重要。採用理論分析和數值模擬相結合的研究手段，針對高空飛行的近空間高超聲速飛行器稀薄效應下的縫隙流動現象開展基礎研究，探討稀薄環境下縫隙尺度、壓力梯度等對高超聲速縫隙流動及熱環境分布的影響機理。
結題摘要
高超聲速飛行器縫隙流動對局部縫隙熱防護產生重要影響，其防熱的精確設計需要準確預測縫隙流動特性及其熱環境分布。縫隙尺度、稀薄度與壓力梯度等對高超聲速飛行器局部縫隙熱環境有非常大的影響。 本項目主要探討稀薄環境下縫隙尺度、壓力梯度等對高超聲速縫隙流動及熱環境分布的影響機理，為新一代高空近空間高超聲速飛行器設計提供理論基礎。主要研究結果如下： （1）針對縫隙問題的局部流動特徵，基於對分子碰撞特徵的機理認識，引入了最小二乘法及亞鬆弛的思想，突破了非結構四面體粗格線下碰撞機率的修正難題，建立了一種大尺度格線下分子仿真碰撞機率的修正方法，有效提高了粒子仿真方法的模擬精度。 （2）通過對不同稀薄度下縫隙流動特徵及加熱機理的計算分析，建立了基於局部稀薄度的縫隙干擾熱流與無干擾熱流的氣動熱關聯式，該關聯式可對局部縫隙干擾下的峰值熱流進行快速評估，該方法已服務於我國新一代戰略彈頭高空飛行彈道全彈縫隙干擾下的氣動加熱數據分析。 （3）獲得了稀薄效應下縫隙流動結構的演化規律，發現稀薄效應下縫隙流動結構與連續流區存在明顯不同，開、閉式縫隙的臨界準則發生改變，稀薄效應下寬深比的臨界值約為4。當寬深比約小於0.67時，臨界深度小於縫隙深度且隨寬深比增大而迅速增大；此外，還發現稀薄度與三維效應都將使得渦心上移, 並且稀薄度越大，三維效應越強，表現為主渦渦心上移更明顯，表面熱流的三維結果與二維結果的差異變大。（4）壓力梯度通過控制流動在縫隙入口處的分離和在出口處的再附，從而對縫隙內部的流場結構和密度分布產生明顯的影響，順壓梯度阻礙流動在縫隙處分離和再附，較大的順壓梯度有利於主流進入縫隙內部。與連續流中閉式縫隙的實驗研究一致，流向順壓梯度促進來流與縫隙內部的能量交換，同時，隨著順壓梯度的減小，其熱流分布由近似左右對稱分布逐漸變為從左往右單調遞增分布。
