PDF《高超声速飞行器舱内压力预测》

2 仿真分析算例 为校验准一维等熵流公式结合 C F D仿真方法 在高超声速飞行器舱内压力预测方面的可行性, 针 对某高超声速飞行器在飞行过程中的舱内压力及内 外压差变化进行仿真分析. 如图 5所示的高超声速飞行器采用垂直起飞、 水平着陆的起降方式, 可执行亚轨道飞行任务.在75第1期 郭鹏飞等: 高超声速飞行器舱内压力预测 飞行器高速上升及下降过程中, 为避免舱内外压差 过大而导致舱体蒙皮及结构破坏, 在其中前和中后 机身布置充排气孔.该高超声速飞行器长度

2 0m , 高度 6m , 翼展22m .其舱段内的气体容积为12m

3 , 通过中前及中后机身处的充排气孔与外界气 体连接.飞行弹道的高度曲线如图 6所示.最高飞 行高度约

1 0 0k m , 飞行时间约

9 0 0s , 内外流场壁面 设置为无滑移边界条件. 图5某高超声速飞行器及其充排气口 F i g .

5 Ah y p e r s o n i cv e h i c l ew i t hi n f l a t i o n / d e f l a t i o nh o l e s 图6飞行弹道的高度曲线 F i g .

6 F l i g h t h e i g h t c u r v eo f t h eh y p e r s o n i cv e h i c l e 根据 G B

1 9

2 0-

1 9

8 0大气标准, 可以得到如图

7 所示的大气环境压力随飞行时间的变化曲线.根据 该高超声速飞行器结构特点及充排气孔的布置位置 及尺寸, 采用由四面体和棱柱的组成的非结构网格 进行数值模拟.飞行器表面、 舱内外空间网格模型 及充排气孔附近的加密网格如图 8~ 9所示. 对飞行器在马赫

0 . 4~ 5范围内多个典型状态 及不同压强比下的充排气过程进行 C F D数值模拟, 统计舱内平均压强、 排气孔质量流量等随时间的变 化, 可获 得不同压强比下的充排气系数如图10所示. 图7大气环境压力随飞行时间变化曲线 F i g .

7 E n v i r o n m e n t p r e s s u r ec u r v eb yf l i g h t t i m e 图8飞行器表面网格 F i g .

8 C F Dm e s ho f t h eh y p e r s o n i cv e h i c l es u r f a c e 图9流场分析的舱内外空间网格 F i g .

9 I n t e r n a l a n de x t e r n a l C F Dm e s ho f t h e h y p e r s o n i cv e h i c l e 将CFD计算得到的充排气系数代入准一维等 熵流方法计算流程进行求解, 可得到如图

1 1所示的 沿飞行弹道的舱内压力变化曲线和如图

1 2所示的 舱内压力与舱外来流压力 p ∞ 之差的曲线. 由图

1 1~

1 2可知, 该超高声速飞行器在上升阶 段的舱内压力大于外界大气环境压力, 舱内气体通

8 5 宇航学报 第37卷 图10典型马赫数充排气系数 F i g .

1 0 I n f l a t i o n / d e f l a t i o nc o e f f i c i e n t a t t y p i c a l M a c hn u m b e r 图11舱内压力随飞行时间变化的曲线 F i g .

1 1 T h ec h a n g ec u r v eo f i n t e r n a l p r e s s u r ev s .f l i g h t t i m e 图12舱内压力与舱外压力之差随飞行时间变化的曲线 F i g .

1 2 T h ec h a n g ec u r v eo f t h ed i f f e r e n c eb e t w e e nt h ei n t e r n a l a n de x t e r n a l p r e s s u r ev s .f l i g h t t i m e 过充排气孔向外侧大气环境流出;

在下降阶段的舱 内压力小于外界环........