專利名稱：一種粘性干擾效應氣動力天地換算方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種粘性干擾效應氣動力天地換算方法。
背景技術：
飛行器再入大氣層早期通常處于高馬赫數(shù)、低雷諾數(shù)飛行條件下，壁面附近異常厚的粘性邊界層導致流線的偏移效應，這種偏移可以認為等效于物體壁面增厚。顯然這種壁面厚度的增加會導致邊界層外邊界上的壓力增加，而由于外流場壓力傳輸?shù)竭吔鐚觾?nèi)基本沒有改變，因此物體壁面的壓力也就同樣跟隨增加了。反過來，邊界層內(nèi)壓力的增加，使得邊界層厚度趨于減小，因而壁面速度和溫度的梯度增加，使得摩擦阻力和熱流相應增加。 這就是高超聲速粘性干擾效應的作用機理，反映了粘性邊界層與外流場壓力之間的相互作用。地面風洞試驗方法和無粘Euler方程CFD(computational fluid dynamic，計算流體動力學)方法是目前廣泛應用于飛行器氣動性能預測的方法，在一定范圍內(nèi)其技術已經(jīng)非常成熟(分別參考《高超聲速氣動力試驗》，中國人民解放軍總裝備部軍事訓練教材編輯工作委員會主編，國防工業(yè)出版社，2004年1月；《計算空氣動力學》，傅德熏主編，宇航出版社，1994年11月)。但是對于高超聲速粘性干擾效應作用下的氣動力性能，此兩種方法都無法進行準確預測。因此必須建立一種將現(xiàn)有風洞試驗能力獲得的氣動力數(shù)據(jù)外推到實際飛行試驗數(shù)據(jù)的換算方法。對廣泛的航天飛機軌道器高超聲速風洞試驗數(shù)據(jù)庫的分析表明，粘性相關性參數(shù)為預測高空粘性干擾區(qū)飛行氣動特性提供了最適用的外推技術。80年代ADDB (Aerodynamic Design Data Book, Volume I =Orbiter Vehicle [SD72-SH-0060]，1980 年)采用了&作為
粘性干擾區(qū)的相關性參數(shù)。ADDB中對于航天飛機軌道器飛行前高空氣動力數(shù)據(jù)的預測，是基于地面風洞大量較低馬赫數(shù)和較高雷諾數(shù)情況下(即各種較小的粘性干擾相關性參數(shù) ν)獲得的實驗數(shù)據(jù)，擬合得到氣動力數(shù)據(jù)關于砣的經(jīng)驗性公式，然后外插得到飛行狀態(tài)下 (較高馬赫數(shù)和較低雷諾數(shù))的氣動力數(shù)據(jù)。該方法不僅經(jīng)驗性強，適用范圍有限，而且需要大量實驗結(jié)果，成本很高。實際上，由于粘性干擾相關參數(shù)汔是基于零攻角平板流動理論建立起來的，應用到較大攻角下的航天飛機軌道器再入階段的氣動力系數(shù)關聯(lián)上會存在一定偏差。事實上， 在一定攻角下，氣流經(jīng)過飛行器前體形成的斜激波后的流動參數(shù)與自由來流相比發(fā)生了很大改變，如果仍然基于自由來流的物理參數(shù)建立關聯(lián)參數(shù)K ,其關聯(lián)性必然下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術問題是基于目前的地面風洞試驗條件和CFD計算能力， 提供更加準確實用的粘性干擾效應氣動力換算方法。本發(fā)明包括如下技術方案一種粘性干擾效應氣動力天地換算方法，包括如下步驟
(1)采用地面風洞試驗獲得粘性作用下的氣動力數(shù)據(jù)C；；(2)采用無粘Euler方程CFD計算獲得無粘氣動力數(shù)據(jù)C。；(3)采用公式(i)計算地面風洞試驗狀態(tài)下的粘性干擾相關性參數(shù)<_。和實際飛行來流狀態(tài)下的粘性干擾相關性參數(shù)，其中的壁面溫度和自由來流條件分別取對應的
風洞試驗狀態(tài)和實際飛行狀態(tài)；
權利要求
1.一種粘性干擾效應氣動力天地換算方法，其特征在于包括如下步驟(1)采用地面風洞試驗獲得粘性作用下的氣動力數(shù)據(jù)C；；(2)采用無粘Euler方程CFD計算獲得無粘氣動力數(shù)據(jù)C0；(3)采用公式(i)計算地面風洞試驗狀態(tài)下的粘性干擾相關性參數(shù)和實際飛行來 流狀態(tài)下的粘性干擾相關性參數(shù)〔_/，其中的壁面溫度和自由來流條件分別取對應的風洞試驗狀態(tài)和實際飛行狀態(tài)；
2.根據(jù)權利要求1所述的一種粘性干擾效應氣動力天地換算方法，其特征在于所述 換算方法用于計算大升力面高超聲速飛行器粘性干擾效應作用下的氣動力數(shù)據(jù)。
全文摘要
一種粘性干擾效應氣動力天地換算方法，包括如下步驟(1)通過地面風洞試驗獲得粘性作用下的氣動力數(shù)據(jù)；(2)通過無粘Euler方程CFD計算獲得無粘氣動力數(shù)據(jù)；(3)采用激波修正的粘性干擾相關性參數(shù)將氣動力數(shù)據(jù)換算到實際飛行狀態(tài)。本發(fā)明基于已有地面風洞試驗設備和條件，基于已有的高效CFD計算方法，無需進行地面硬件設備的改進和CFD軟件技術的開發(fā)；原理簡單，實際可操作性強；換算更為準確。
文檔編號G06F19/00GK102521482SQ20111036408
公開日2012年6月27日 申請日期2011年11月15日 優(yōu)先權日2011年11月15日
發(fā)明者劉周, 龔安龍 申請人:中國航天空氣動力技術研究院