音爆是小行星進入大氣過程中的重要現(xiàn)象和造成地面危害的因素之一。隕石音爆的形成機理與超聲速飛機類似,但隕石飛行馬赫數(shù)極高,存在復(fù)雜的超高速空氣動力學(xué)問題,如極高速進入條件下的氣動力與軌跡、氣動加熱與燒蝕、高溫氣體效應(yīng)等,現(xiàn)有理論和模型尚不完備。本文提出了一種仿真和試驗結(jié)合的隕石音爆問題研究策略,并介紹了彈道靶隕石音爆試驗方法和初步測量結(jié)果,數(shù)據(jù)顯示在3.5km/s速度和地表常壓環(huán)境下, 50mm長的球頭柱裙模型在距其約22倍特征長度位置產(chǎn)生的峰值超壓達到約35kPa。采用理想氣體假設(shè)的簡化計算仿真得到的音爆波形與試驗測量結(jié)果相似,但峰值超壓高于實測結(jié)果。

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【部分圖文】：

圖1平面行波聲壓波形的畸變過程

經(jīng)典的音爆傳播模型,針對于亞聲速和一般超聲速均勻流動,采用小擾動假設(shè)將基本方程線性化(但是對于跨聲速和高超聲速流動,基本方程簡化后仍然是非線性的),得到的表征擾動傳播方向的特性線是一系列角度等于馬赫角的平行線。而如前所述,實際超聲速擾動波的傳播速度是受到當(dāng)?shù)芈晧汉蛿_動速度變化影響....

圖2音爆傳播問題分區(qū)計算策略

由于音爆研究空間尺度較大,當(dāng)前主流的方法是將計算域劃分為近中場和遠(yuǎn)場兩個區(qū)域,如圖2所示。近中場一般采用可壓縮流動的CFD代碼計算。遠(yuǎn)場計算以近中場CFD結(jié)果為輸入條件外推到地表,其中涉及到壓力波在分層大氣的傳輸,風(fēng)場和湍流、溫濕度等的影響。遠(yuǎn)場的計算結(jié)果是評估音爆對地面人和建筑....

圖3Cart3D軟件AXIE模型音爆計算網(wǎng)格優(yōu)化結(jié)果

音爆的飛行試驗采用地面布設(shè)的麥克風(fēng)測量超音速飛機以不同高度、飛行參數(shù)和氣候條件下掠過時的信號,通過對比分析理解和研究音爆的特性,校核和改進預(yù)測方法。1950—2000年,美國針對飛機音爆先后開展了10余項試驗項目。早期的試驗研究主要驗證Whitham理論關(guān)于N形波幅值和長度與飛機....

圖4HFFAF彈道靶自由飛模型的紋影圖像和音爆波測量結(jié)果

一是需要發(fā)展極高速條件下隕石近場流場和激波強度的計算模擬方法。隕石進入過程存在復(fù)雜的超高速空氣動力學(xué)問題,如極高速進入條件下的氣動力與軌跡、氣動加熱與燒蝕、高溫氣體效應(yīng)等,而這些均屬于當(dāng)前空氣動力學(xué)的難題。只有解決這些基礎(chǔ)氣動問題,建立相應(yīng)的物理模型才可能較準(zhǔn)確預(yù)測隕石近場激波結(jié)....

本文編號：3951170