基于湍流结构系综的气动光学传输效应高精度计算模型研究

当高速飞行器在稠密大气层内飞行时，其光学头罩与大气之间发生剧烈相互作用，引起流场密度分布的时-空高频脉动以及热辐射效应。这些剧烈而复杂的气动力和气动热作用会导致目标像的畸变急剧增加，产生气动光学效应。气动光学效应已成为航天科技发展的关键的技术瓶颈之一。本项目着眼于探索流动结构特征与光学传输效应之间的内在联系，利用在湍流结构系综理论方面的研究成果，采用速度-涡量相关结构（VVCS）分析方法，通过大涡模拟（LES）方法计算产生气动光学效应的典型非均匀流场- - 可压缩混合层，并从中提取统计结构及其几何特征，同时分析光学传输效应与来流条件的对应关系，进一步发展光学传输统计效应计算方法- - 随机相位屏方法，将反映光学效应的流动结构模型引进该方法，从而建立可用于工程实际的高精度光学传输效应快速预示方法。

当高速飞行器在稠密大气层内飞行时，其光学头罩与大气之间发生剧烈相互作用，引起流场密度分布的时-空高频脉动以及热辐射效应。这些剧烈而复杂的气动力和气动热作用会导致目标像的畸变急剧增加，产生气动光学效应。气动光学效应已成为航天科技发展的关键的技术瓶颈之一。本项目着眼于探索流动结构特征与光学传输效应之间的内在联系，利用在湍流结构系综理论方面的研究成果，采用速度-涡量相关结构（VVCS）分析方法，通过大涡模拟（LES）方法计算产生气动光学效应的典型非均匀流场——可压缩混合层，并从中提取统计结构及其几何特征，同时分析了光学传输效应与来流条件的对应关系，发展了光学传输统计效应计算方法——随机相位屏方法，将反映光学效应的流动结构模型引进该方法，建立可用于工程实际的高精度光学传输效应快速预示方法。通过本项目，对可压缩湍流剪切流动结构的产生机理、几何定量描述及其在高精度预测模型的预测方面取得了重要进展，研究成果发表在Journal of Fluid Mechanics, Acta Mechanica Sinica, Physcal Review E等国际一流刊物上。