高超声速飞行器碳基头锥烧蚀外形计算

doi:10.7527/S1000-6893.2016.0161

结构与防热

本期目录 | 过刊浏览 | 高级检索

前一篇 | 后一篇

高超声速飞行器碳基头锥烧蚀外形计算

陈自发¹, 张晓晨^1,2, 王振峰¹, 徐芸¹, 徐晓亮¹

1. 空间物理重点试验室, 北京 100076;
2. 哈尔滨工业大学能源科学与工程学院, 哈尔滨 150001

收稿日期:2016-04-20 修回日期:2016-05-23 出版日期:2017-01-10 发布日期:2016-06-06
通讯作者: 陈自发,Tel.:010-88524988,E-mail:czf07@foxmail.com E-mail:czf07@foxmail.com
作者简介:陈自发,男,硕士,工程师。主要研究方向:飞行器烧蚀与热防护。Tel.:010-88524988,E-mail:czf07@foxmail.com;张晓晨,男,博士研究生,工程师。主要研究方向:飞行器烧蚀与热防护。Tel.:010-88524988,E-mail:zhangxiaochen18@163.com;王振峰,男,博士,高级工程师。主要研究方向:飞行器防隔热设计。Tel.:010-68754917,E-mail:wangzhenfeng_hit@126.com;徐芸,女,硕士,工程师。主要研究方向:飞行器烧蚀与热防护。Tel.:010-88533980,E-mail:xuyunjane@163.com;徐晓亮,男,博士,高级工程师。主要研究方向:烧蚀与热防护设计。Tel.:010-68752740,E-mail:05121250@bjtu.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金（51506008）

Hypersonic aircraft's carbon-based nose ablation shape calculation

CHEN Zifa¹, ZHANG Xiaochen^1,2, WANG Zhenfeng¹, XU Yun¹, XU Xiaoliang¹

1. Science and Technology on Space Physics Laboratory, Beijing 100076, China;
2. School of Energy Science and Engineering, Harbin Institute of Technology, Harbin 150001, China

Received:2016-04-20 Revised:2016-05-23 Online:2017-01-10 Published:2016-06-06
Supported by:
National Natural Science Founsation of China (51506008)

摘要/Abstract

摘要：

高超声速飞行器头锥部位的烧蚀外形会影响飞行器的升阻比和飞行器的稳定性，烧蚀外形的准确评估对于长时间滑翔式飞行器的综合设计具有重要意义。本文介绍了头锥烧蚀外形计算方法，基于该方法对飞行器头锥烧蚀外形进行了仿真研究，某飞行器头锥烧蚀的仿真结果与试验结果吻合良好。对比了飞行器进行俯仰运动和滚转运动时的烧蚀外形，总结了烧蚀外形随飞行状态变化的演变规律，俯仰运动影响头锥迎风面和背风面的烧蚀量，滚转运动影响头锥烧蚀位置。

关键词: 高超声速, 飞行器, 碳基, 头锥烧蚀, 外形演变

Abstract:

Nose ablation shape influences the lift-drag ratio and the stability of a hypersonic aircraft. For the integrated design of long-time gliding aircraft, it is of great significance to evaluate the ablation shape of the nose-tips accurately. The calculation method of nose ablation shape is introduced. Simulation research of hypersonic aircraft's ablation shape is conducted based on this method. The simulation and experimental results of an aircraft nose ablation are in good agreement with each other. The ablation shapes during pitching and rolling motion are compared. Estimation of ablation shapes with flight status has been studied thoroughly. Pitching motion affects the ablation thickness on windward and leeward side, and roll motion affects the ablation position.

Key words: hypersonic, aircraft, carbon-based, nose ablation, shape evolution

中图分类号:

V435⁺.14

陈自发, 张晓晨, 王振峰, 徐芸, 徐晓亮. 高超声速飞行器碳基头锥烧蚀外形计算[J]. 航空学报, 2016, 37(S1): 38-45.

CHEN Zifa, ZHANG Xiaochen, WANG Zhenfeng, XU Yun, XU Xiaoliang. Hypersonic aircraft's carbon-based nose ablation shape calculation[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2016, 37(S1): 38-45.

参考文献

[1] 王国雄, 马鹏飞. 弹头技术[M]. 北京:中国宇航出版社, 1993. WANG G X, MA P F. Warhead technology[M]. Beijing:China Astronautic Publishing House, 1993 (in Chinese).
[2] AMAR A J, BLACKWELL B F, EDWARDS J R. One-dimensional ablation with pyrolysis gas flow using a full newton's method and finite control volume procedure, AIAA-2006-2910[R]. Reston:AIAA, 2006.
[3] AMAR A J, BLACKWELL B F, EDWARDS J R. One-dimensional ablation with pyrolysis gas flow using a full Newton's method and finite control volume procedure, AIAA-2007-4535[R]. Reston:AIAA, 2007.
[4] 王俊, 裴海龙, 王乃洲. 基于再入轨迹和气动热环境的返回舱烧蚀研究[J]. 航空学报, 2014, 35(1):80-89. WANG J, PEI H J, WANG N Z. Research on ablation for crew return vehicle based on re-entry trajectory and aerodynamic heating environment[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2014, 35(1):80-89(in Chinese).
[5] 陆海波, 陈伟芳, 袁雷, 等. 再入体碳基材料烧蚀特性分析与工程计算[J]. 弹道学报, 2008, 20(3):107-110. LU H B, CHEN W F, YUAN L, et al. Ablation analysis and engineering calculation on carbon-based material of reentry vehicles[J]. Journal of Ballistics, 2008, 20(3):107-110 (in Chinese).
[6] 张涛, 陈德江. 再入钝锥体烧蚀热防护内部热响应的数值仿真[J]. 航空动力学报, 2013, 28(10):2248-2255. ZHANG T, CHEN D J. Numerical simulation of internal thermal response of ablative thermal protection for reentry spacecraft[J]. Journal of Aerospace Power, 2013, 28(10):2248-2255 (in Chinese).
[7] HOGGE M, GERREKENS P. Two-dimensional deforming methods for surface ablation:AIAA-1983-1555[R]. Reston:AIAA, 1983.
[8] 杨志斌, 成竹, 蒋军亮. 导弹头锥烧蚀数值模拟[J]. 科学技术与工程, 2009, 9(18):5425-5431. YANG Z B, CHENG Z, JIANG J L. Ablation numerical simulation for the missile taper[J]. Science Technology and Engineering. 2009, 9(18):5425-5431(in Chinese).
[9] KATTE S S, DAS S K, VENKATESHAN S P. Two-dimensional ablation in cylindrical geometry[J]. Journal of Thermophysics & Heat Transfer, 2012, 14(4):548-556.
[10] HOGAN R E, BLACKWELL B F,COCHRAN R J. Numerical solution of two-dimensional ablation problems using the finite control volume method with unstructured grids:AIAA-1994-2085[R]. Reston:AIAA, 1994.
[11] ZHANG T, SUN B. Numerical simulation research on axis-symmetrical ablative thermal protection for spacecraft in whole reentry[J]. Journal of Astronautics, 2011, 32(5):1198-1204.
[12] 国义军, 石卫波. 带芯子的碳-碳端头烧蚀外形计算[J].空气动力学学报, 2001, 19(1):24-29. GUO Y J, SHI W B. Calculation of ablation shape change of carbon-carbon nosetip with a core[J]. Acta Aerodynamica Sinica, 2001, 19(1):24-29(in Chinese).
[13] 国义军, 石卫波, 石义雷, 等. 电弧加热器试验条件下端头烧蚀外形计算[J]. 空气动力学学报, 2002, 20(1):115-121. GUO Y J, SHI W B, SHI Y L, et al. Numerical simulation of nosetip shape change during ablation on arc heater[J]. Acta Aerodynamica Sinica, 2002, 20(1):115-121(in Chinese).
[14] 陈小庆, 侯中喜, 刘建霞. 高超声速滑翔飞行器倾斜转弯分析及控制系统设计[J]. 国防科技大学学报, 2012, 34(3):17-23. CHEN X Q, HOU Z X, LIU J X. Analysis and controller design of bank-to-turn system for hypersonic gliding vehicle[J]. Journal of National University of Defense Technology, 2012, 34(3):17-23 (in Chinese).
[15] ZEMLYANSKY B A. Methods for calculation of heat transfer to a surface of flight vehicles in 2D and 3D flows[R]. TSNⅡMasH, 1992.

E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

关于我们

期刊社服务

专业学科

封面文章

友情链接

主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

高超声速飞行器碳基头锥烧蚀外形计算

Hypersonic aircraft's carbon-based nose ablation shape calculation

PDF (PC)

可视化

摘要/Abstract

引用本文

使用本文

参考文献

相关文章 15

编辑推荐

Metrics

本文评价

[1]	孙志坤, 史志伟, 张伟麟, 李铮, 孙琪杰. 等离子体激励器对高速翼型升阻特性的影响[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 23-39.
[2]	化为卓, 高岭, 陈戈, 李益文, 巩耕, 王延涛, 魏彪. 基于等离子体炬的磁流体动力学实验系统[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 1-7.
[3]	黄依峰, 曾舒华, 江中正, 陈伟芳. 非线性耦合本构在高空侧向喷流中的数值研究[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 8-22.
[4]	罗凯, 王永海, 汪球, 栗继伟, 李峥, 聂春生, 李铮. 高焓风洞中等离子体激励流动控制试验[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 89-96.
[5]	张旭东, 李铮, 董昊, 高思源, 纪祖赑, 黎凯昕, 白光辉. 高超声速流场等离子体逆向喷流减阻特性[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 115-123.
[6]	胡守超, 庄宇, 李贤, 江涛. 高超声速气动热标模HyHERM-Ⅰ试验[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 233-248.
[7]	李昊歌, 杨华, 杨雨欣, 陈伟芳. 高超声速升力体迎风面精细化降热优化设计[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 124-137.
[8]	吴东, 杨鸿, 赵文峰, 罗跃. 高超声速飞行器碳基结构高温应变测量[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 160-169.
[9]	聂春生, 袁野, 马伟, 曹占伟, 于明星. 主动引射气体参数对平板空气舵气动热影响[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 170-179.
[10]	马正雪, 罗振兵, 赵爱红, 周岩, 谢玮, 刘强, 朱寅鑫, 彭文强. 高超声速流场等离子体合成射流逆向喷流特性[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 192-203.
[11]	宋威, 艾邦成. 多体分离动力学研究进展[J]. 航空学报, 2022, 43(9): 25950-025950.
[12]	李珺, 王俊峰, 赵雅甜, 罗世彬. 面向非设计工况的激波针-喷流复合构型研究[J]. 航空学报, 2022, 43(9): 125949-125949.
[13]	刘传振, 孟旭飞, 刘荣健, 白鹏. 双后掠乘波体高超声速试验与数值分析[J]. 航空学报, 2022, 43(9): 126015-126015.
[14]	王新光, 毛枚良, 何琨, 陈琦, 万钊. 壁面函数在超声速湍流模拟中的应用[J]. 航空学报, 2022, 43(9): 126153-126153.
[15]	郑辉, 邱雷, 袁慎芳, 杨晓飞, 卢绪龙, 薛兆鹏. C/C热防护结构高温气流损伤导波监测实验方法[J]. 航空学报, 2022, 43(8): 225659-225659.