- 操小龙;肖志祥;
组合动力空天飞行器服役环境极端严酷，其研发过程面临着一系列亟待解决的力学问题。介绍了组合动力空天飞行器的技术特征和相关极端力学的基本概念，对比分析了国内外空天飞行器极端力学问题的研究现状，梳理了组合动力空天飞行器极端服役环境下的关键力学问题，包括宽速域可调一体化进排气及模态转换非定常载荷作用机理、复杂干扰条件下高马赫凹腔流动力学环境预示、长航时多尺度结构热响应预示及热管理、高温声振耦合机理与复合材料振动疲劳、大尺寸舵面非线性热颤振机理、极端力学环境力热声多参数精细化模拟地面试验设计等，为相关研究工作的开展提供参考。
2023年02期 No.452 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 9698K] - 严春晖;杨党国;王显圣;董宾;宁荣辉;
吸气式超声速飞行器进气道/隔离段在高反压状态下，内部气流的非定常运动会形成严酷脉动压力环境，造成飞行器结构疲劳破坏。针对飞行器结构设计中气动噪声与结构振动相互作用问题，通过高速风洞试验开展了典型结构参数的超声速内流道声振响应特性研究，分析了内流道中高强噪声与结构振动响应间的影响规律。结果表明，超声速内流诱导声振耦合问题中的噪声载荷主要由非定常流动引起，并受到流场中复杂激波运动的影响。超声速内流道模型流动/振动/噪声多物理场耦合特性的试验研究，为厘清发动机内流道复杂流场结构、高强噪声与结构振动影响规律提供了技术支持。
2023年02期 No.452 10-19页 [查看摘要][在线阅读][下载 17808K] - 孙志欣;刘汉涛;李海桥;
宽域飞行器经历低速起降、亚/跨/超/高超声速爬升和巡航过程，具有宽速域、高空域、飞行环境复杂的特征，已成为当前高超声速技术领域的重要发展方向。针对宽域飞行器垂直发射过程中遇到的侧风干扰和模型振荡非定常问题，采用基于动网格和转捩修正SST k-ω湍流模型的URANS计算方法，对宽域飞行器低速大攻角状态进行了仿真计算。研究了飞行器在发生小幅振荡过程中，背风区涡结构分布和非定常演变规律，获得了飞行器气动力/力矩的变化规律以及飞行器表面的压力载荷分布特征，给出了关键位置监测点上的时域和频域特性，这些工作为评估以及优化控制宽域飞行器发射过程中的气动风载环境提供了参考。
2023年02期 No.452 20-27+57页 [查看摘要][在线阅读][下载 3769K] - 彭绪浩;王文正;孔轶男;张伟伟;
风洞试验数据往往缺少重复试验样本，导致试验数据的气动力不确定度难以直接评估。基于有限试验数据，开展了基于Noise-Kriging (N-Kriging)的建模及不确定度分析方法。通过优化模型参数，N-kriging可以实现噪声的合理估计和高精度的气动力预测。通过设计含噪声一维与二维标模函数算例对这种方法开展了验证，并利用N-Kriging方法对高超飞行器的一组风洞试验数据进行建模与不确定性分析，实现高精度气动数据预测的同时实现风洞试验数据噪声的评估，结果表现出较高的精度与较为可靠的置信度。对试验数据的不确定度估计结果进行检验，N-Kriging的95%置信区间预测结果和实际数据分布具有较高的一致性。算例表明此方法可以针对有限风洞试验数据开展气动力噪声评估和不确定分析。
2023年02期 No.452 28-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 1359K] - 杨益江;郭晓伟;肖志祥;
空天飞行器在执行飞行任务时，飞行马赫数范围较大，常处于超声速或高超声速状态，会面临激波/边界层干扰（SWBLI）等引起的复杂气动力、热等难题，其局部分离存在强压力脉动、高热流冲击等极端动载荷。针对空天飞行器沿程复杂SWBLI干扰引起的非定常局部分离流动，结合RANS高效率模拟近壁流动和LES高精度解析分离的RANS-LES混合方法是极具工程应用潜力的方法。然而，原始RANS-LES混合方法在预测大面积附体而局部分离的SWBLI流动时误差极大，需要在局部分离上游引入小扰动生成湍流结构，方能改善预测效果。以DES类IDDES方法为基础，在其SWBLI上游引入合成粒子组以获得湍流边界层，并应用IDDES-SPOM方法高精度数值仿真了空天飞行器典型部位SWBLI的非定常局部分离流动，包括压缩拐角、三维内流道和多面体等。揭示了激波振荡、局部压力脉动等非定常流动的产生和相互作用机制。该方法可预测空天飞行器典型部位的三维复杂非定常分离流动，预示其动载荷环境，为空天飞行器的结构设计提供理论支撑与分析手段。
2023年02期 No.452 35-47+74页 [查看摘要][在线阅读][下载 19774K]