1、高超聲速飛行器在飛行過(guò)程中承受極端的氣動(dòng)熱環(huán)境，出于防熱的需要，飛行器表面會(huì)覆蓋防熱層，而防熱層在拼接組裝時(shí)難以避免地會(huì)留有寬度不等的縫隙。這些縫隙有可能引起局部過(guò)熱，從而留下破壞的隱患。因此，基于氣動(dòng)熱力學(xué)、傳熱學(xué)、熱彈性力學(xué)及流固耦合理論，對(duì)高超聲速環(huán)境下縫隙局部熱環(huán)境問(wèn)題開(kāi)展數(shù)值模擬工作，該研究將為飛行器防熱層的精細(xì)化設(shè)計(jì)提供指導(dǎo)。
　　高超聲速流動(dòng)引起的激波層含有高速可壓流動(dòng)以及近壁面處的低速不可壓流動(dòng)，針對(duì)這種流動(dòng)特征，

2、采用了低速預(yù)處理形式的二維可壓縮無(wú)量綱N-S方程組及Menter SST湍流模型作為流動(dòng)控制方程。利用單元中心有限體積法對(duì)控制方程進(jìn)行離散，其中，采用一階差分格式對(duì)時(shí)間項(xiàng)進(jìn)行離散，采用二階中心差分格式對(duì)N-S方程組粘性項(xiàng)、湍流模型粘性項(xiàng)及源項(xiàng)進(jìn)行離散，選擇適用于全速度域求解的AUSM+-up迎風(fēng)格式對(duì)N-S方程組無(wú)粘項(xiàng)進(jìn)行離散，而湍流模型無(wú)粘項(xiàng)采用一階迎風(fēng)格式;不考慮湍流模型源項(xiàng)的剛性，采用LU-SGS隱式方法將流動(dòng)控制方程構(gòu)造為離散方

3、程。結(jié)合定解條件，利用FORTRAN語(yǔ)言對(duì)離散方程進(jìn)行編程求解，算例驗(yàn)證表明，針對(duì)超聲速流動(dòng)開(kāi)發(fā)的程序?qū)げǖ牟蹲绞怯行У摹?br>　　在假設(shè)縫隙壁面為剛性等溫壁的基礎(chǔ)之上，建立了高超聲速環(huán)境下二維縫隙流動(dòng)的物理模型。首先，基于量熱完全氣體模型，利用自編的計(jì)算程序，對(duì)來(lái)流條件Ma=5，攻角α=0°～30°（間隔5°）工況下的縫隙流動(dòng)及熱環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬。經(jīng)與α=0°條件下的實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，壁面熱流分布與實(shí)驗(yàn)值吻合，驗(yàn)證了所采用的數(shù)理模型及

4、數(shù)值方法是合理有效的。其次，考慮高超聲速流動(dòng)中的真實(shí)氣體效應(yīng)，采用Srinivasan平衡空氣擬合曲線來(lái)描述氣體的熱力學(xué)關(guān)系和輸運(yùn)特性，并據(jù)此拓展了量熱完全氣體計(jì)算程序的求解范圍，對(duì)來(lái)流條件Ma=12、15.5，攻角α=0°～30°（間隔10°）工況下的縫隙流動(dòng)及熱環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬。數(shù)值模擬結(jié)果表明:縫隙壁面熱流基本呈“U”形分布，在唇緣處達(dá)到峰值，并沿縫隙深度方向迅速減小;迎風(fēng)面唇緣峰值熱流隨氣流攻角的增大而增大;平衡空氣模型和量熱完

5、全氣體模型得到的縫隙壁面熱流比分布曲線無(wú)明顯區(qū)別。
　　針對(duì)高超聲速環(huán)境下彈性縫隙流動(dòng)問(wèn)題，假設(shè)縫隙小變形，選取低速預(yù)處理形式的可壓縮N-S方程組作為流體域控制方程，采用自編的化學(xué)平衡空氣計(jì)算程序求解。選取穩(wěn)態(tài)熱傳導(dǎo)方程和熱彈性力學(xué)方程組作為固體域控制方程，采用有限元法編程求解。流體域計(jì)算與固體域計(jì)算在流固耦合界面處相互傳遞邊界條件，固體域?yàn)榱黧w域計(jì)算提供界面位移和溫度，流體域?yàn)楣腆w域計(jì)算提供界面壓力和熱流。在給定初始流固耦合界面

6、位置和溫度后，依次求解流體域和固體域控制方程，并采用動(dòng)網(wǎng)格技術(shù)更新流體域網(wǎng)格，反復(fù)迭代這一過(guò)程，直至收斂?；谠摱鄨?chǎng)耦合求解算法，編寫了高超聲速環(huán)境下彈性縫隙熱-流-固多場(chǎng)耦合計(jì)算程序，該多場(chǎng)耦合計(jì)算程序通過(guò)了算例驗(yàn)證。
　　針對(duì)高超聲速飛行器頭錐前緣縫隙熱環(huán)境問(wèn)題，建立了彈性縫隙流動(dòng)的物理模型，利用自編的熱-流-固多場(chǎng)耦合計(jì)算程序?qū)椥钥p隙流動(dòng)及其熱環(huán)境進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了C/C-SiC材料熱膨脹系數(shù)和來(lái)流參數(shù)（馬赫數(shù)、攻角）對(duì)