《高超聲速飛行器複雜傳熱分析與多場耦合策略研究》是依託上海交通大學，由陳方擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高超聲速飛行器複雜傳熱分析與多場耦合策略研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳方
- 依託單位：上海交通大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
本項目針對流場／結構溫度場的強耦合問題和複雜傳熱過程，充分考慮了氣動、結構、飛行軌道等相互影響和耦合作用，提供複雜傳熱分析方法和多場耦合策略，對於提高防熱性能具有一定的工程價值。研究內容包括（1）探索飛行器熱防護系統氣動／結構強耦合和複雜傳熱過程的物理機制，建立具有典型幾何特徵和熱物理特徵的熱分析模型；（2）結合耦合物理機制和相應耦合策略集成耦合性熱分析方法，進行結構時域熱分析研究TPS溫度、熱流率以及熱邊界條件隨時間的動態耦合特性，確定多場耦合物理機制和相應耦合準則。本項目研究成果將為熱防護系統設計思想和設計方法注入新的元素，對於成功研製適應未來高技術戰爭的高超聲速飛機、飛彈等遠程機動武器具有現實意義和套用前景。
結題摘要
新一代高超聲速飛行器面臨著複雜流場、高焓、中低熱流和持續長時間氣動加熱的熱環境，由此而引發其研製中迫切需要解決的熱防護和熱氣動彈性等關鍵問題，這些關鍵問題的妥善合理解決涉及流場、熱、結構多物理場之間的耦合問題研究。 本項目（1）對高超聲速飛行器多場耦合問題進行了高度總結和分類，形成了流場-熱耦合問題建模與分析、流場-熱-結構耦合問題建模與分析和基於多場耦合的結構熱模態分析等不同物理問題的研究體系。（2）著重於完善流場計算的物理化學模型和熱環境分析方法，如高溫氣體效應模型、湍流/化學反應耦合模型、激波捕捉高效算法、近壁熱流分析方法、多場耦合數據傳遞等，並建立了相應的光學測量技術對典型流動結構進行了對比驗證，形成了合理、可靠的流場分析方法和熱分析方法。 主要研究成果包括：（1）形成了1套適用於高超聲速飛行器多場耦合問題分析的計算軟體-HyCCD (Hypersonic Coupling Computational Dynamics)，具有流場-熱-結構耦合為核心的氣動熱、熱氣動彈性等問題的數值求解能力；（2）形成了1套適用於高超聲速流動分析的計算軟體-HyCFD (Hypersonic Computational Fluid Dynamics)，具有高速湍流流動/化學反應的數值求解能力；（3）形成了1套適用於高速流動診斷的PIV（Particle Imaging Velocimetry）系統，國內首次實現了M=7的流動測量能力。在國內外期刊發表論文15篇，其中SCI收錄1篇，EI收錄2篇，會議論文5篇。培養碩士研究生4名和博士研究生2名。 本項目研究的多場耦合現象涉及到複雜的流動現象、物理化學模型和傳熱過程，通過系統的物理化學建模和分析方法研究，在耦合策略、物理建模、數值分析和試驗驗證等方面積累了相當豐富的經驗，有助於更為精細地預測防熱結構多物理場間的複雜耦合特徵，將為飛行器防熱材料的極限能力預測、防熱結構的完全評估提供有效工具，為解決湍流/化學反應相互作用下的質量輸運、動量輸運和能量輸運等因素綜合作用問題提供技術支撐。
