3。3。2  来流马赫数对缝隙流场影响 22

3。4  来流攻角对缝隙流场及传热的影响 24

3。4。1  来流攻角对缝隙热环境的影响 24

3。4。2  来流攻角对流场的影响 24

3。5  模型宽深比对缝隙流场和传热的影响 26

3。5。1  模型宽深比对缝隙流场的影响 26

3。5。2  模型宽深比对热环境的影响 28

3。6  缝隙流动模型验证 29

3。7  本章小结 30

结论 31

致谢 32

参考文献 33

1  绪论

1。1  研究背景及意义

目前，高超声速飞行器主要包括高超声速导弹、高超声速飞机等。高超声速导弹具有反应迅捷、突防攻防能力强以及远程精确打击等优势；高超声速飞机具有全球快速部署、超视距攻击等一系列战略优势；而航天飞机是人类21世纪进出地球外太空，开发、探索外太空最高效、最经济、最安全的运载工具。因此，高超声速关键技术领域取得的进步和突破，将对我国科学技术和国民经济的发展，乃至国家综合国力的提升产生巨大影响。相比传统的飞行器而言，高超声速飞行器具有速度快，反应迅速快捷的特点，能够缩短防御反应时间，大幅增强飞行器的突防和反防御能力，进而保障飞行器的生存能力。显而易见，在不远的将来高超声速飞行器将是世界航空航天事业的一个重要发展方向。论文网

高超声速飞行器的飞行状态可以从亚音速覆盖到超过20马赫的速度范围，在飞行器前缘和顶端存在迅速减速的高焓流，引发高临界温度，进而出现粘性流动现象，如激波和边界层的相互作用能够在下游的停滞区形成局部热点，过高的温度梯度和热流密度将导致飞行器的结构破坏，这就不可避免的需要对飞行器进行热防护，如常见的防热瓦等热防护部件。但是为了避免由于气动加热导致出现一系列防热瓦热应力过大，进而引起结构组件应力破坏等现象，防热瓦之间在布置时都将预留足够的间隙，以吸收热膨胀、减小应力破坏（如图1。1）。除此之外，高超声速飞行器的外部气动翼为了能够顺利完成变轨等一系列基本飞行动作，也需要缝隙存在[1,2]。如太空载具裸露在外部的口盖、舱门以及烧蚀大底周围都存在缝隙，因此高超声速飞行器的外表面会存在很多开露的缝隙，缝隙内部又都不能使用各类防热材料填充，于是缝隙将直接裸露于高温外部气流中[3]。

高超声速飞行器的表面缝隙将会影响外部流体整体的流动状态及其传热特性，这些缝隙的存在不仅仅会干扰流场，还将导致局部的热效应。在压力差的作用下，外部气流将会向缝隙内部膨胀，形成了缝隙的内部流动。飞行器外表面边界层附近的热气流流入缝隙内部，产生了缝隙流气动加热及缝隙结构的热防护等问题。飞行器外部部件在缝隙表面引起的激波与湍流边界层相互作用，研究起来本身就是很困难，缝隙流的存在又将使外部流场变得更为复杂。由于热防护结构缝隙的入口处存在边界层的分离，产生局部高热流区，其次缝隙开大可增加湍流强度，加速边界层转捩，在某些工况下缝隙入口处产生激波，缝隙内部将形成漩涡结构等[4]。漩涡结构会向缝隙内部吸入大量热量，使得简单的热传导变为热传导加对流换热，缝隙面热流同时增大，再加上缝隙宽度非常小，辐射散热效应被阻塞，缝隙内壁极易产生局部高温，引起壁面烧蚀，从而影响构件的使用寿命[5]。综上所述，高超声速飞行器表面缝隙的热流分布受到广泛了关注，研究缝隙结构热环境也是十分必要的。