[发明专利]一种飞行器壁面热流分析方法

说明书

本发明提供了一种飞行器壁面热流分析方法，包括：步骤1、读入流场数据，对能量方程进行预处理获取待计算的流场变量，并根据读入的流场数据计算流场变量；步骤2、根据坐标转换公式将预处理后的能量方程简化为二维形式，并变换至相对坐标系；步骤3、对相对坐标系下的能量方程进行积分处理，并将积分结果还原至绝对坐标系，得到飞行器壁面热流与能量方程各项的依赖关系；步骤4、引入热流系数，得到飞行器壁面热流贡献表达式，根据流场变量计算表达式中各项的贡献值，从而得到影响壁面热流的主要因素及其定量比例。本发明方案能分析边界层内不同物理因素对壁面热流的贡献，获得准确分解结果并且拥有极为广泛的应用范围。

技术领域

本发明涉及空气动力学领域，特别涉及一种飞行器壁面热流分析方法。

背景技术

在高超声速飞行器研制过程中，飞行器壁面热流的有效控制对其飞行安全有着十分重要的意义，而探究热流的主要影响因素有助于飞行器热防护系统设计。当前，飞行器的壁面热流大都是采用工程软件进行计算，无法建立壁面热流与边界层流动之间的联系，故确定壁面热流的主要影响因素十分困难。目前尚无一套有效的将壁面热流与边界层内能量动态输运过程定量联系的分析方法。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，提供了一种飞行器壁面热流分析方法，从流体动力学方程组中的能量方程出发，通过坐标变换和法向积分将能量方程进行分解，从而把壁面热流与边界层内的能量动态输运过程进行关联，分析边界层内不同物理因素对壁面热流的贡献，明确热流的主要影响因素。

本发明采用的技术方案如下：一种飞行器壁面热流分析方法，包括以下步骤：

步骤1、读入流场数据，对能量方程进行预处理获取待计算的流场变量，并根据读入的流场数据计算流场变量；

步骤2、根据坐标转换公式将预处理后的能量方程简化为二维形式，并变换至相对坐标系；

步骤3、对相对坐标系下的能量方程进行积分处理，并将积分结果还原至绝对坐标系，得到飞行器壁面热流与能量方程各项的依赖关系；

步骤4、引入热流系数，得到飞行器壁面热流贡献表达式，根据流场变量计算表达式中各项的贡献值，从而得到影响壁面热流的主要因素及其定量比例。

进一步的，所述步骤1中预处理包括对能量方程进行时间平均，并引入质量平均简化方程，获取待计算的流场变量；所述待计算的流场变量包括时间平均值、平均值的梯度量、湍流脉动的二阶量、湍流脉动的三阶量以及分子扩散项。

进一步的，所述坐标转换公式为：t_a＝t,x_a＝x-U_∞t,y_a＝y，u_a＝u-U_∞,v_a＝v,p_a＝p,ρ_a＝ρ；其中，t为时间，x为流向坐标，y为法向坐标，u为流向速度，v为法向速度，p为压力，ρ为密度。U_∞为无穷远来流速度，下标a表示坐标转换后的变量值。

进一步的，所述积分处理为对相对坐标系下的能量方程沿法向进行积分。

进一步的，所述飞行器壁面热流与能量方程各项的依赖关系为：