再入飞行器烧蚀热防护一体化计算方法

• 作者: 周印佳 张志贤 付新卫 阿嵘
• 来源期刊: 航空学报
• 关键词: 再入 气动热 烧蚀 Landau变换 有限差分法
• 年，卷（期）: 2021,（7）
• 所属期刊栏目: 流体力学与飞行力学|Fluid Mechanics and Flight Mechanics
• 页码范围: 202-211
• 页数: 10页
• 分类号: V411.8
• 语种: 中文

摘要

针对再入飞行器烧蚀热防护系统烧蚀与瞬态温度耦合响应预测问题,提出了一体化计算方法,为再入飞行器烧蚀热防护设计提供包括气动热、烧蚀后退、瞬态温度响应在内的动态响应预测依据.该方法采用Sutton-Graves和Tauber-Sutton理论计算驻点的对流热流和辐射热流,通过表面能量平衡整合具有较高精度的烧蚀模型,并通过Landau变换简化烧蚀后退带来的节点删除过程并保证空间离散精度,最后求解瞬态有限差分热传导方程获得烧蚀热防护系统的热环境、烧蚀过程和温度响应.通过对比计算碳-碳材料钝头体地球再入过程和酚醛浸渍基碳烧蚀体(PICA)材料电弧风洞烧蚀模拟,对该方法对于不同材料体系的适用性进行了验证.计算结果表明:对于密度较高的碳-碳材料,本文计算结果与经典的热平衡积分法吻合较好,偏差在7％以内;而对于低密度材料(如烧蚀性能对压力高度敏感的PICA材料),随着热流和压力的增大,预测偏差逐渐增大.所提出的方法实现了气动热、烧蚀、瞬态温度响应耦合过程的一体化计算,在保证精度的前提下实现快速计算分析,为再入飞行器烧蚀热防护设计提供依据.