模拟三维复杂流动的高超声速气动热标准模型设计方法技术

本发明专利技术属于高超声速空气动力学领域，公开了一种模拟三维复杂流动的高超声速气动热标准模型设计方法。该气动热标准模型设计方法包括以下步骤：根据面对称高升力高超声速气动外形特点，建立基本型；在基本型的基础上，建立改型；在基本型的基础上，建立改型；设计加工基本型、改型、改型的试验模型；进行基本型、改型、改型的高超声速风洞气动热试验；发布基本型、改型、改型的气动标模数据库。基本型、改型和改型具有当前高超声速飞行器共性特征，通过数值计算和风洞试验能够建立可靠的气动标模数据库。该气动热标准模型设计方法兼顾简单、实用特点，适用于风洞试验、数值模拟、飞行试验的高超声速气动热标准模型设计。飞行试验的高超声速气动热标准模型设计。飞行试验的高超声速气动热标准模型设计。

【技术实现步骤摘要】
模拟三维复杂流动的高超声速气动热标准模型设计方法


[0001]本专利技术属于高超声速空气动力学领域，具体涉及一种模拟三维复杂流动的高超声速气动热标准模型设计方法。

技术介绍

[0002]高超声速飞行是当前航空航天研究的前沿和焦点，高超声速飞行下空气与飞行器表面剧烈运动产生热能，形成“热障”。气动热环境的准确直接关系到飞行器热防护设计、结构重量及总体性能指标，是制约高超声速飞行器研制的关键技术之一。
[0003]近年来，高超声速飞行器由传统的轴对称简单外形向面对称高升力复杂构型发展，飞行器表面流动更加复杂。同时，进气道、控制舵等附加装置的出现，局部复杂干扰流动的气动热环境预测面临极大挑战。当前，气动热环境预测还存在诸如试验精度低（10%
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15%）、CFD数值模拟结果难以有效验证、风洞模拟环境与真实飞行环境存在差异等问题亟待解决。
[0004]气动热标准模型是一种提供气动热环境“标准数据”的基础模型。标准模型数据可以用作评估试验设备模拟能力/测试技术、验证CFD算法/程序、开展天地相关性分析等，是支撑高超声速气动本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.模拟三维复杂流动的高超声速气动热标准模型设计方法，其特征在于，包括以下步骤：S10.根据面对称高升力高超声速气动外形特点，建立基本型；S20.在基本型的基础上，建立改型；S30.在基本型的基础上，建立改型；S40.设计加工基本型、改型、改型的试验模型；S50.进行基本型、改型、改型的高超声速风洞气动热试验；S60.发布基本型、改型、改型的气动标模数据库。2.根据权利要求1所述的模拟三维复杂流动的高超声速气动热标准模型设计方法，其特征在于，所述的步骤S10包括以下步骤：S11.根据现有的高超声速飞行器外形特点，将高超声速飞行器外型简化成“钝楔+圆锥侧面”构型；S12.确定“钝楔+圆锥侧面”构型的参数；以高超声速飞行器飞行方向为前方，“钝楔+圆锥侧面”构型由位于中间的楔体和位于楔体两侧、对称的半圆锥体构成；“钝楔+圆锥侧面”构型的竖直对称面为顶角倒圆、底边竖直的等腰三角形，等腰三角形的顶角为；“钝楔+圆锥侧面”构型的水平对称面为上底边两个内角倒圆的等腰梯形，等腰梯形的两腰的夹角为、下底边的宽度为；“钝楔+圆锥侧面”构型的楔体上下对称、上下表面均为长方形、前端倒圆，楔体的长度为、宽度为、高度为，楔体的上下表面夹角为，前端的倒圆半径为；“钝楔+圆锥侧面”构型的半圆锥体的长度也为，半圆锥体的底面半径为；楔体与半圆锥体的交界采用球面过渡；定义“钝楔+圆锥侧面”构型的楔面压缩角为，模型宽度为，模型高度为，楔面宽度为，前缘半径为、尖楔/锥长度为，各参数具有以下约束关系：
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（1）
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（2）
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（3）S13.建立“钝楔+圆锥侧面”构型的形状数据库；通过阶梯改变中一个变量的尺寸，再阶梯改变下一个变量尺寸的方式，建立满足步骤S12的约束关系的“钝楔+圆锥侧面”构型的形状数据库；S14.建立“钝楔+圆锥侧面”构型的气动热计算数据库；对步骤S13的“钝楔+圆锥侧面”构型的形状数据库中的各“钝楔+圆锥侧面”构型进行建模，并采用计算空气动力学计算各“钝楔+圆锥侧面”构型包括边界层流态变化、三维扰流强度变化在内的气动热特性，建立“钝楔+圆锥侧面”构型的气动热计算数据库；S15.确定基本型；在“钝楔+圆锥侧面”构型的气动热计算数据库中，寻找与现有高超声速飞行器气动特性最接近的“钝楔+圆锥侧面”构型或者具有所需要的气动特性的“钝楔+圆锥侧面”构型，并
定义为基本型。3.根据权利要求1所述的模拟三维复杂流动的高超声速气动热标准模型设计方法，其特征在于，所述的步骤S20包括以下步骤：S21.在基本型的基础上，增加压缩拐角，成为“基本型+压缩拐角”构型；压缩拐角为体积小于基本型的楔体体积的楔体，定义为小楔体，将小楔体放置在基本型的楔体的上表面，得到“基本型+压缩拐角”构型；S22.确定“基本型+压缩拐角”构型的参数；小楔体的上表面和下表面均为长方形，小楔体的上表面和下表面之间的夹角为，小楔体的上表面长方形和下表面长方形的宽度均为，，小楔体的下表面长方形的长度为，小楔体的前缘与基本型的楔体前缘的水平距离为，小楔体...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡守超，李贤，庄宇，吕明磊，陈苏宇，田润雨，张扣立，黄成扬，屈涛，
申请(专利权)人：中国空气动力研究与发展中心超高速空气动力研究所，
类型：发明
国别省市：