兵工学报 ›› 2023, Vol. 44 ›› Issue (10): 3038-3046.doi: 10.12382/bgxb.2022.0477
收稿日期:
2022-06-02
上线日期:
2023-10-30
通讯作者:
基金资助:
WANG Chen, TIAN Zhenguo*(), SHEN Zhenxing
Received:
2022-06-02
Online:
2023-10-30
摘要:
高超声速飞行器在高温空气中穿行时处于等离子体环境中,相较于热完全气体有较大不同。考虑等离子体真实气体效应才能更好地计算飞行器与周围流体的流体与固体(简称流固)耦合作用。基于等离子体化学非平衡流体动力学方程组,结合流固耦合方程建立流固耦合模型。以RAM-C飞行器为算例计算并验证该模型,分析飞行器的流固耦合作用机制。计算结果表明:等离子体相较于热完全气体,气动压力增大,气动黏性力增大,最大气动黏性力位置发生迁移;等离子体气动荷载的作用位置利于钝体承受,最大流固耦合应力相较于热完全气体更小;高速飞行器前端主要承受原子气体的流固耦合作用,电子和离子对飞行器的流固耦合作用十分微小,在中部及后部分子气体对飞行器的作用更加明显。
中图分类号:
王琛, 田振国, 沈振兴. 等离子体环境下高超声速飞行器的流-固耦合机制[J]. 兵工学报, 2023, 44(10): 3038-3046.
WANG Chen, TIAN Zhenguo, SHEN Zhenxing. Fluid-Structure Interaction Mechanism of Hypersonic Aircraft in Plasma Environment[J]. Acta Armamentarii, 2023, 44(10): 3038-3046.
化学反应式 | 第三碰撞体Mi |
---|---|
O2+M1⇄2O+M1 | O,N,O2,N2,NO |
N2+M2⇄2N+M2 | O,O2,N2,NO |
N2+N⇄2N+N | |
NO+M3⇄N+O+M3 | O,N,O2,N2,NO |
NO+O⇄O2+N | |
N2+O⇄NO+N | |
N+O⇄NO++e- |
表1 化学反应式
Table 1 Chemical reaction
化学反应式 | 第三碰撞体Mi |
---|---|
O2+M1⇄2O+M1 | O,N,O2,N2,NO |
N2+M2⇄2N+M2 | O,O2,N2,NO |
N2+N⇄2N+N | |
NO+M3⇄N+O+M3 | O,N,O2,N2,NO |
NO+O⇄O2+N | |
N2+O⇄NO+N | |
N+O⇄NO++e- |
网格划分方法 | 温度/ 104K | 电子数密度/ 1020m-3 | 应力/ (104N·m-2) |
---|---|---|---|
文献[ | 1.515 | 1.150 | |
40×(50+4)网格 | 1.58 | 4.09 | 3.43 |
50×(60+6)网格 | 1.57 | 4.12 | 3.42 |
60×(70+8)网格 | 1.57 | 4.10 | 3.42 |
表2 算例检验
Table 2 Example test
网格划分方法 | 温度/ 104K | 电子数密度/ 1020m-3 | 应力/ (104N·m-2) |
---|---|---|---|
文献[ | 1.515 | 1.150 | |
40×(50+4)网格 | 1.58 | 4.09 | 3.43 |
50×(60+6)网格 | 1.57 | 4.12 | 3.42 |
60×(70+8)网格 | 1.57 | 4.10 | 3.42 |
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doi: 10.12382/bgxb.2021.0161 |
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