高超声速火箭气动加热数值计算方法研究.pdf

电子科技大学
UNIVERSITY OF ELECTRONIC SCIENCE AND TECHNOLOGY OF CHINA


工程硕士学位论文
ENGINEERING MASTER DISSERTATION









(电子科技大学图标)







论文题目: 高超声速火箭
气动加热数值计算方法研究
工程领域: 机械工程
指导教师: 杜平安
作者姓名: 薛青
班学号: 200650801007
分类号密级
UDC


学位论文

高超声速火箭气动加热数值计算方法研究
(题名和副题名)

薛青
(作者姓名)

指导教师姓名杜平安教授
电子科技大学成都
牛天梅高级工程师
四川航天技术研究院成都
(职务、职称、学位、单位名称及地址)
申请学位级别硕士专业名称工程硕士
工程领域名称机械工程
论文提交日期 论文答辩日期
学位授予单位和日期电子科技大学
答辩委员会主席
评阅人
年月日
注 1 注明《国际十进分类法 UDC》的类号
独创性声明
本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工
作及取得的研究成果。据我所知,除了文中特别加以标注和致谢的
地方外,论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果,也不
包含为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的
材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中
作了明确的说明并表示谢意。

签名: 日期: 年月日


关于论文使用授权的说明
本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论
文的规定,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和
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(保密的学位论文在解密后应遵守此规定)
签名: 导师签名:
日期: 年月日
摘要
摘要
如何有效解决超高声速飞行器表面的气动加热问题一直是飞行器设计人员密
切关注的问题,而解决这一问题的首要工作是能准确地确定飞行器的热环境,即
热流大小和温度分布。对此,本文将有限差分和有限元方法相结合,研究了一套
高超声速气动热的数值计算方法。
论文首先对国内外发展的各种高超声速气动热计算方法进行了系统分析、归
类和比较,并且对常见的工程计算方法进行了归纳总结。接着对一种有限差分—
有限元混合求解气动热的方法进行了研究。该方法主要针对轴对称湍流边界层,
在已知的湍流边界层方程的基础上,首先进行坐标变化,然后利用有限差分法求
解变换后的边界层方程,得到边界层外缘参数,通过边界层外援参数求得壁面热
流。以求得的热流作为输入条件,利用通用有限元软件 Ansys 求得温度分布。
为了验证数值算法的准确性,论文还用工程算法和数值算法进行了对比计算,
计算结果表明数值算法较工程算法更准确。最后,运用本论文研究的数值算法成
功解决了某高空火箭的气动热防护问题。


关键词:高超声速,气动加热,数值计算

I
ABSTRACT
ABSTRACT
How to effectively solve the aerodynamic heating which produced on the
hypersonic aircraft surface is always a topic that is consanguineously attentioned by
people. And the principal job that solves the problem is well and truly confirming the
aircraft’s heat environment which is the quantity of heat flow and temperature
distributing. Therefor, in this paper, there is a suit of aerodynamic heating numerical
value calculative method that is investigated, bines finite difference and
finite cell methods.
First of all,