摘要：高超声速飞行器气热环境预测方法研究

当飞机以高超音速飞行时，会遇到严重的空气动力加热问题。气动热效应不仅影响飞机壁的结构材料，还影响机舱内仪器设备的正常运行。对高超音速飞行器的气动热环境进行有效预测对于气动热防护设计非常重要。比较了实验方法、工程方法、数值计算方法和非粘性数值解结合工程方法这四种航空热环境研究方法，采用数值计算方法对飞行器的航空热环境进行预测。为了获得更好的数值结果，研究了网格类型、壁面y+函数和限制器对气动热环境数值计算的影响。研究表明：（1）结构化网格比非结构化网格能更好地控制边界层网格，能更好地反映边界层的气动热特性。 (2)壁面的y+函数对气动热的数值计算精度影响很大。当y+值太大时，计算结果会出现很大偏差。通过控制第一层的网格距离，可以得到一个合适的y+值，可以减少计算量，得到更好的计算结果。 (3)限制器可以提高气动热的数值计算精度，min mod限制器得到的计算结果优于van Leer和Osher-C限制器。基于以上得到的研究结果，采用结构化网格控制第一层网格的距离，结合最小模限制器选择熵校正Roe的FDS迎风差分方案，时间离散化采用隐式方案, 流动模型为 SA 湍流模型。采用数值计算方法对简化模型在不同飞行状态下的气热环境进行预测。预测结果表明：(1)模型的壁温随着马赫数的增加而增加。模型头部区域壁温较大，驻点后壁温急剧下降，最终趋于稳定。 (2)在墙的迎风子午线上温度随攻角的增大而升高，而壁面背风经线上的温度变化趋势与攻角的变化相反。最后通过插值得到模型舱外壁传热过程中的温度边界条件，研究气动热环境对模型舱内环境温度的影响。由于热防护材料良好的热阻性能，舱内环境温度略有升高，远低于外壁温度。