免费论文：乘波体的外形设计及气动热研究

乘波体以其高升阻比和便于一体化设计的优势，成为高超声速飞行器的理想气动外形，而受到国内外学者的广泛关注，同时也是目前许多国家竞相研究的热门领域之一。对乘波体这类高超声速飞行器的研究不仅具有重要的学术价值，而且对国家安全与和平开发空间资源有着重大的战略意义。基本乘波体的优化设计和推进系统一体化设计是当前乘波体研究领域的重要方向，然而，现有公开的研究很少注意到基本乘波体和一体化乘波体两者之间的联系和区别。另外，对于乘波体气动防热有效方法的探讨更几乎是空白。针对这些问题，本文建立了乘波体生成和优化设计的新方法，将基本乘波体的外形进行了分类（M型、C型和Ω型），并结合优化和进一步的CFD 数值计算的结果，归纳总结了各类乘波体的气动力特点，得出了普遍性结论：C型乘波体通常具有最高的升阻比；M型乘波体通常具有最大的相对容积；而Ω型相对容积较小，但钝化后升阻比最高，且是三类中稳定性相对最好的构型。在M型和C型纵向不稳定的情况下，Ω型接近中立稳定。以上述研究为基础，进一步建立了一体化乘波体的生成和优化设计方法，同样结合CFD数值计算，对最常见且性能折中的C型一体化乘波体的外形及气动力特性进行了研究，分析了它与基本乘波体在性能方面的重要区别。结果表明，一体化乘波体的升阻比较基本乘波体下降较多，但容积大大增加，且具有良好的纵向稳定性。基本乘波体容积小、不稳定、 难配平的困难在一体化设计中迎刃而解。最后，针对乘波体严重的气动加热问题，本文首次引入“人工钝前缘”概念，使乘波体在气动力层面上具有尖前缘，保持高升阻比特性，而在气动热层面上具有钝前缘，降低气动加热强度。对于二维情况的研究结果是令人振奋的，通过合理设计，具有人工钝前缘的乘波体的最大热流密度可减小60%左右，而升阻比损失小于19%。这为高超声速飞行器的气动防热设计开辟了新的途径。

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