高超声速飞行器热环境与结构传热的多场耦合数值研究

摘要：

为了准确预测高超声速飞行器面临的严峻气动热/力环境以及结构的热力响应,发展了高超声速流动与结构传热耦合框架.采用分区求解方法,通过耦合界面的实时数据传递,实现了基于Navier-Stokes方程的高超声速化学非平衡计算流体力学(CFD)求解器与结构的热力全耦合有限元法(FEM)求解器的多场耦合计算,建立了高超声速飞行器的多场耦合数值分析方法.首先对经典高超声速圆柱绕流实验进行了耦合计算,结果与实验值吻合良好.然后针对典型的超高温陶瓷(UHTC)材料的耦合传热问题进行了数值研究,考虑热传导效应对气动热环境和结构热响应预测的影响,结果表明对于复杂外形且热导率相对较高的UHTC材料,结构内部热传导对热环境和表面温度分布的影响不可忽略.最后针对UHTC材料热物性(比热和热导率)非线性对高超声速流动传热过程的影响进行了研究,结果表明当比热和热导率处于合理的误差范围内时,材料表面温度响应对其变化并不敏感.

关键词：高超声速飞行器、多场耦合、气动热、数值模拟、热防护

所属期刊栏目：37

分类号：V434+.11(推进系统（发动机、推进器）)

资助基金：国家自然科学基金11272107;国家“973”计划2015CB655200National Natural Science Foundation of China11272107;National Basic Research Program of China2015CB655200

在线出版日期：2016-10-18（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共10页

页码：2739-2748