高超声速三维球锥模型气动热计算方法

摘要

高超声速弹箭表面的气动加热与烧蚀耦合效应会引发显著的气动外形演化，进而影响飞行稳定性和弹道精度。建立多工况弹箭气动热预测模型，对高超声速弹箭热防护系统设计与工程应用具有重要意义。基于现有高超声速弹箭零攻角下飞行的气动加热计算方法，针对球锥外形在有攻角状态下产生的驻点偏移效应，通过建立球坐标系，并利用弹体坐标系和速度坐标系之间的转换关系，开展了有攻角下三维球锥外形高超声速弹箭气动加热仿真分析，获得了有攻角下球头部与锥身母线上热流密度分布情况，并对有、无攻角下的热流密度及加热状况进行对比与仿真，计算结果与实验数据基本一致。仿真结果表明，球头部热流密度远大于锥身，有攻角下迎风母线热流密度大于背风面。本文计算方法能满足超高速飞行弹道仿真与设计的精度和快速性要求，可为今后高超声速弹箭气动烧蚀与外弹道的快速耦合计算提供基础。

关键词

高超声速 / 气动热 / 攻角 / 球锥体模型

基金资助

国家自然科学基金项目(52202475); 江苏省自然科学基金项目(BK20200498)