高超聲速飛行器因其在速度方面的絕對(duì)優(yōu)勢(shì),在民用運(yùn)輸以及國防軍事方面有著重要的戰(zhàn)略地位,世界各國都十分重視高超聲速飛行技術(shù),其中減阻和熱防護(hù)一直是飛行器發(fā)展要解決的兩個(gè)重要問題。高超聲速飛行器飛行時(shí)與空氣來流摩擦轉(zhuǎn)化為熱量,這些熱量會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的物理現(xiàn)象,其中最明顯的就是熱電離,其使飛行器周圍的流體具備一定的導(dǎo)電性,如何利用這一特性來控制飛行器周圍的流場(chǎng)從而達(dá)到減阻和降熱的目的也成為一研究熱點(diǎn)。本文在已有逆向噴流和磁場(chǎng)控制研究的基礎(chǔ)上,數(shù)值模擬了在高超聲速飛行下磁場(chǎng)對(duì)半球體飛行器磁流體逆向噴流的干擾作用,分析了磁場(chǎng)干擾作用下對(duì)飛行器的減阻效果。建立了偶極子磁場(chǎng)作用下磁流體逆向噴流的計(jì)算模型,對(duì)數(shù)值求解方發(fā)通過仿真驗(yàn)證計(jì)算方法的有效性。進(jìn)而對(duì)不同強(qiáng)度偶極子磁場(chǎng)和磁流體的相互作用進(jìn)行研究,分析了不同磁場(chǎng)強(qiáng)度條件下逆向噴流的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)以及各流場(chǎng)參數(shù)。結(jié)果顯示,隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加,激波脫體距離在一定范圍內(nèi)增加,激波在半球體兩側(cè)逐漸變寬,阻力系數(shù)減小,在激波層與半球體之間的流體速度等參數(shù)數(shù)值逐漸降低。分析了在相同磁場(chǎng)條件下不同噴壓比對(duì)于偶極子磁場(chǎng)和帶電流體的影響。結(jié)果表明,隨著噴壓比的增加,激波脫體距... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：69 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

高超聲速飛行器X-51A

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-8-第2章控制方程及計(jì)算方法驗(yàn)證2.1引言在本章中首先在流體力學(xué)三個(gè)控制方程的基礎(chǔ)上引入了磁流體控制方程，然后根據(jù)研究特點(diǎn)選擇合適的計(jì)算方法，最后通過與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證數(shù)值求解方法的可行性和有效性。2.2物理模型本文主要研究磁場(chǎng)對(duì)于半球體高超聲速飛行器逆向噴流帶電流體的干擾作用。參照文獻(xiàn)[55]，這里所用的物理模型如圖2-1所示。模型直徑為md，噴口直徑為jd。為減小來流邊界條件在這里對(duì)流場(chǎng)的影響，將半球體計(jì)算區(qū)域的邊界條件定義在半徑為10處[56]。其中半球體中心位于坐標(biāo)點(diǎn)原點(diǎn)，噴口方向?yàn)閄軸負(fù)方向，來流為X軸正方向。圖2-1所示為本章計(jì)算采用的逆向噴流示意圖。其中，0p、0T、0M、0，分別為自由來流的壓強(qiáng)、溫度、馬赫數(shù)、比熱比，0jp、0jT、jM、j分別為噴流的壓強(qiáng)、溫度、馬赫數(shù)、比熱比。圖2-1半球體模型2.3數(shù)值計(jì)算方法2.3.1磁流體力學(xué)控制方程組本文從電磁學(xué)的基本理論出發(fā)，對(duì)理想的磁流體應(yīng)用范圍進(jìn)行了一些基本

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文-15-到方程的數(shù)值解。2.3.4計(jì)算網(wǎng)格由于噴流和來流的相互作用，在噴口附近的流場(chǎng)結(jié)構(gòu)相較來流處以及半球體兩側(cè)的流場(chǎng)較為復(fù)雜，所以對(duì)半球體噴口附近的網(wǎng)格進(jìn)行加密，同時(shí)為了能夠節(jié)省計(jì)算資源提高計(jì)算效率，在流場(chǎng)變化不大的地方網(wǎng)格適當(dāng)稀疏。為了能更好捕捉球頭體表面的流場(chǎng)，對(duì)球頭體近壁面以及臨近區(qū)域進(jìn)行了加密，壁面網(wǎng)格與球頭體表面的距離小于0.01mm；為了提高計(jì)算效率，對(duì)流場(chǎng)變化不大的部分使用較稀疏的網(wǎng)格，由壁面向外網(wǎng)格間距以1.05的比率增加。網(wǎng)格模型如圖2-2所示。圖2-2計(jì)算網(wǎng)格由于在激波層內(nèi)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)會(huì)發(fā)生劇烈變化，流動(dòng)參數(shù)也會(huì)發(fā)生很大變化，除此之外，考慮壁面函數(shù)對(duì)于壁面網(wǎng)格間距的要求，所以在研究前對(duì)網(wǎng)格無關(guān)性進(jìn)行了計(jì)算。首先對(duì)y相關(guān)變量進(jìn)行定義：+τnuyy=V(2-33)/wu(2-34)uuyu(2-35)其中，u表示摩擦速度，ny為第一層網(wǎng)格距離壁面的法向距離，w表示壁面切應(yīng)力，u為無量綱速度，y為壁面速度率。在邊界層線性底層內(nèi)的流動(dòng)特性為粘性流動(dòng)，粘性占據(jù)主導(dǎo)地位。為了保證壁面函數(shù)計(jì)算準(zhǔn)確，需要對(duì)基于


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