封贝贝, 陈大融, 汪家道, 杨星团

(1.清华大学 先进反应堆工程与安全教育部重点实验室, 北京 100084;2.清华大学 摩擦学国家重点实验室, 北京 100084)

头部形状对超声速飞行器力学性能影响分析

封贝贝1, 陈大融2, 汪家道2, 杨星团1

(1.清华大学 先进反应堆工程与安全教育部重点实验室, 北京 100084;2.清华大学 摩擦学国家重点实验室, 北京 100084)

飞行器超声速飞行时,头部会产生强烈激波及激波阻力,对飞行器力学性能产生较大影响,阻碍飞行器提高飞行速度和增大飞行距离,产生额外能源消耗。系统研究头部形状对超声速飞行器力学性能的影响,采用5种不同的头部形状研究了超声速飞行器在Ma=2.0和Ma=4.0飞行时的力学性能,以及激波阻力和特性。试验结果表明:通过头部形状优化设计,可显著降低激波阻力;弹头长宽比是影响飞行器力学性能最显著的因素,母线形状次之。通过风洞纹影系统分析了头部形状对激波角及激波阻力的影响,结果表明,激波角越小,激波阻力越小。

飞行力学; 形状优化; 减阻; 超声速飞行器; 风洞试验

引言

飞行器超声速飞行时,阻力主要来源于激波阻力、壁面摩擦阻力以及压力差造成的压差阻力[1]。当Ma=1.0～2.5时,激波阻力约占总阻力的70%～80%;当Ma>2.5时,激波阻力略有下降,但仍是气动阻力的主要组成部分[2]。因此,降低超声速飞行器的激波阻力,对减小飞行器的飞行阻力、节约能源、提高飞行器最大飞行速度和最远飞行距离尤为重要。

目前,通常采用加热激波层,或者对飞行器头部流场进行重构,以减小激波阻力[3-7]。尤……