超声速来流下支撑干扰数值模拟研究

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本文采用有限体积法求解三维定常RANS(Reynolds Averaged Navier Stokes)方程,分别采用层流与湍流,数值模拟带支撑模型的定常流场,空间方向上采用二阶精度的Roe格式,时间项采用LU-SGS方法,给出了尾支撑,腹支撑对模型超声速气动特性及流场的影响。为了验证数值方法的可靠性,本文针对球双锥外形与双椭球外形,数值模拟了模型的定常流态,给出了气动力系数与流场结构,通过与试验方法的比较表明本文计算结果与试验吻合较好,验证了定常流态计算与气动力结果的可靠性。对尾支撑与腹支撑的研究表明:1.尾支撑对模型气动参数有一定的影响,特别是在有波系干扰的区域影响比较明显。但总体来说,尾支撑对俯仰力矩系数、法向力系数的影响较小,主要影响模型的轴向气动系数,采用湍流与层流计算的主要不同在模型尾部边缘处,膨胀波对此区域的影响比较大,湍流的计算值偏大。2.腹支撑存在时,采用层流与湍流计算有比较大的差别,支撑的影响在层流情况下要比湍流情况大得多,湍流边界层比层流边界层克服分离的能力要强,在湍流中支撑影响圆柱处的流线区域较小,腹支撑对轴向气动力系数的干扰量相比尾支撑要小得多,腹支撑的存在改变了模型底部压力分布。3.对多种腹支撑形状的研究表明,双弧形对称腹支撑外形造成的支撑干扰量最小;对支撑后掠角的研究发现,后掠支撑与无支撑数据最为接近,说明后掠支撑对模型气动参数的影响较小。在腹支撑的设计中,应避免脱体激波的产生和较大的分离区域对模型的影响。4.对实验中尾(腹)支撑干扰修正的方法进行数值模拟,初步研究表明,采用两步法对尾(腹)支撑进行支撑干扰修正,腹(尾)支撑的二次干扰量甚至比只有尾(腹)支撑存在时还要大,说明试验中采用两步法对支撑干扰进行修正有很大的误差。
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