过渡区飞行器流场模拟与数值研究

"大数据-算法-过渡区飞行器流场的数值模.pdf" 本文主要探讨了过渡区飞行器在大数据和算法背景下的流场数值模拟及其相关流动问题。过渡区飞行器是指在大气层中处于连续流区和自由分子流区之间飞行的装置，由于其特殊的工作环境，其流场特征具有显著的稀薄效应，这对飞行器的设计和性能评估提出了挑战。 文章首先介绍了混合计算程序，即CFD（Computational Fluid Dynamics）与DSMC（Direct Simulation Monte Carlo）相结合的方法，用于模拟高空过渡区飞行的火箭模式激光推进器的流动问题。通过这种方法，作者揭示了激波在这一区域的行为特性，如激波厚度的增加、传播速度的变化，以及推力和比冲的影响。高温环境对激波传播有显著影响，可能导致推力产生时间的提前或推迟，对比冲产生正负两方面的影响。 接下来，作者运用DSMC方法研究了过渡区稀薄环境下的激波反射规律。他们发现了临界努森数的存在，当来流努森数低于这个阈值时，会发生激波反射类型的变化，影响马赫数的动态响应和马赫杆的高度。随着努森数的增加，马赫杆高度呈现线性下降趋势，这对于理解和预测飞行器在稀薄大气中的动态行为至关重要。 最后，文章聚焦于超音速过渡区气动特性系数计算中两种桥函数（sine-squared和erf-log）的适用性。研究发现，随着飞行马赫数的降低，sine-squared桥函数的精度显著下降，而erf-log桥函数在各种马赫数下都能保持良好的计算精度。因此，对于低超音速飞行的亚轨道飞行器，erf-log桥函数被推荐用于计算过渡区的气动特性。 该文在大数据和算法的支持下，深入研究了过渡区飞行器的流体力学问题，提供了数值模拟的新方法和关键理论，为航空航天领域的设计和优化提供了有价值的参考。关键词包括过渡区、激光推进、混合计算方法、激波反射和桥函数，表明了研究的核心领域和技术手段。