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飞行器气动加热数值与工程结合计算方法研究

作　者: 贾志强
导　师: 董威
学　校: 上海交通大学
专　业: 工程热物理
关键词: 气动加热有限体积 AUSM+up 非结构化网格 MUSCL 工程算法
分类号: V412.4
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

高超声速航天飞行器在出入地球大气层时会遇到一个极其严峻的气动加热问题,这对飞行器的气动性能以及防热提出了更高的要求。本文的目的是研究和发展飞行器气动加热的数值计算方法。本文的主要研究工作有:1)、综述了高超声速飞行器的发展情况、国内外气动热研究现状。对国内外发展的各种高超声速气动热计算方法和程序进行了系统的分析和总结。研究和综述了适合高超声速的数值模拟的离散格式,包括各种矢通量分裂格式(FVS)、Roe的通量差分裂(Roe’sFDS)、最新的AUSM+up、TVD、ENO、WENO等。2)、开发了一套基于有限体积法和非结构化网格的二维数值模拟程序,可以处理三角形、四边形混合网格;对无粘通量采用了最新的AUSM+up格式进行构造,并使用三阶MUSCL重构界面两侧值使无粘通量的离散获得高阶精度;偏导数采用最小二乘法进行求解;提供了对称边界条件、固壁边界条件、远场边界条件;用三阶龙格库塔法进行时间积分。3)、研究借鉴NASA Langley研究中心的研究经验,结合国内已有的研究基础和可用的计算程序,提出了工程计算与数值计算相结合的气动热计算方法,开发了工程算法与数值算法综合程序,用少量的不易获得数值计算的数据来修正容易获得的大量的工程计算数据,来提高整体计算效率与准确度。

全文目录

摘要  3-4
Abstract  4-8
第一章绪论  8-19
  1.1 课题研究背景及意义  8-9
  1.2 国内外气动热研究综述  9-13
    1.2.1 工程方法  9-11
    1.2.2 数值方法  11-12
    1.2.3 相结合的方法  12-13
  1.3 气动加热数值模拟的主要特征及难点  13-15
  1.4 数值模拟空间离散格式  15-19
第二章流动控制方程及气体模型  19-29
  2.1 控制方程  19-20
  2.2 轴对称流动控制方程  20-21
  2.3 湍流的模拟  21-23
  2.4 气体模型  23-29
    2.4.1 完全气体  23-24
    2.4.2 高温真实气体  24-29
第三章数值解法  29-60
  3.1 有限体积法  30-33
    3.1.1 二维非结构化网格  30-32
    3.1.2 控制方程离散方法  32-33
  3.2 一维向高维的转换  33-34
  3.3 一阶空间精度到高阶空间精度的实施  34-38
  3.4 无粘项的离散  38-44
    3.4.1 Roe 的FDS  38-39
    3.4.2 FVS  39-41
    3.4.3 AUSM + up  41-44
  3.5 粘性项的离散  44-47
  3.6 时间积分  47-48
  3.7 边界条件  48-51
    3.7.1 对称边界：  48-49
    3.7.2 壁面条件  49
    3.7.3 入口边界条件  49-50
    3.7.4 出口边界条件  50-51
  3.8 数值计算程序的开发  51-53
  3.9 结果与分析  53-60
    3.9.1 平板激波反射问题  53-55
    3.9.2 球头钝锥气动热计算  55-60
第四章工程算法结果与数值算法结果综合  60-77
  4.1 工程算法结果与数值算法结果综合的意义及基本方法  60-61
  4.2 数值与工程计算结合的综合计算方法  61-65
  4.3 飞行轨道点的选取  65-70
  4.4 修正系数的获得及轨道修正  70-72
    4.4.1 一步修正  70
    4.4.2 两步修正  70
    4.4.4 轨道历程修正  70-72
  4.5 数据综合程序的开发  72-74
  4.6 结果与分析  74-77
第五章结束语  77-78
参考文献  78-82
致谢  82-83
攻读硕士学位期间已发表或录用的论文  83-85

飞行器气动加热数值与工程结合计算方法研究

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