近空间环境下高速飞行器多种物理现象耦合效应研究

Under real flight conditions, real gas effetcs, rarefield effects, viscous interactions effects and its coupling effects, maybe occur in the flow over hypersonic vehicle, and influence the vehicle's aerodynamics. By developing high order accuracy numerical simulation methods, these multiply physical effects on aerodynamics are investigated for further understandings of coupling phenomena and mechanism. The present study focus mostly on the combination effects of multiply physics coupling on aerodynamics, and the results would support the correlation analysis of hypersonic vehicle aerodynamics data between flight and test on ground.

高超声速飞行器在真实飞行条件下，存在真实气体效应、稀薄气体效应和粘性干扰效应及其相互耦合的多物理效应，进而对飞行器的气动特性产生影响。本项目拟利用数值模拟手段，在发展高精度模拟方法的基础上，开展对多物理效应耦合现象及机理的研究，获得多物理效应对气动力特性的影响，重点关注相互耦合综合效应对气动力特性的影响，所得结论可为高超声速飞行器气动力特性的天地换算提供技术支撑。

采用数值模拟手段可以很方便地研究多种物理效应及其耦合对高超声速飞行器流动及其气动力特性的影响规律。但由于物理问题的高度非线性特征和CFD学科本身发展的局限性，采用数值模拟方法研究以航天飞机为代表的复杂外形飞行器在高空高超声速飞行中多种物理效应及其相互耦合作用仍存在许多难题，本项目围绕这些困难的解决，开展的工作有：（1）发展了一种三阶精度非线性WCNS格式及相应的边界处理方法，解决了高空高马赫数条件下的强粘性效应和强激波同时精确模拟和计算鲁棒性问题；（2）应用已有的物理化学模型，开展了马赫数效应、粘性干扰效应、真实气体效应和稀薄滑移效应等单一物理效应对高超声速飞行器气动特性的影响规律研究；（3）基于多种物理效应的组合叠加方法，建立耦合效应计算模型，初步完成了真实气体/粘性干扰耦合效应研究，建立了开展耦合效应研究的数值计算方法和结果分析方法；（4）基于边界层相似率，建立了一套针对粘性干扰效应研究的理论方法；（5）开展粘性干扰影响量计算的建模研究，建立了天地换算计算方法。