● 摘要
飞行器高超声速飞行时会遇到严重的气动加热问题。气动热效应不仅对飞行器壁面结构材料产生作用，而且也会对舱内仪器设备的正常运转造成影响。开展对高超声速飞行器气动热环境的有效预示，对气动热防护设计是非常重要的。
比较实验方法、工程方法、数值计算方法和无粘数值求解结合工程方法这四种气动热环境研究方法，选用数值计算方法对飞行器气动热环境进行预示研究。为了获得较好的数值计算结果，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，可以反映出边界层内的气动热特性。（2）壁面y+函数对气动热数值计算精度影响较大，y+值过大时，计算结果偏差很大。可以通过控制第一层网格距离，获得合适的y+值，减少计算量，得到较好的计算结果。（3）限制器可以提高气动热数值计算精度，采用min mod限制器获得的计算结果比van Leer和Osher-C限制器获得的结果要好。
通过前面获得的研究结果，采用结构化网格，控制好第一层网格距离，选择熵修正Roe的FDS上风差分格式结合min mod限制器，时间离散采用隐式格式，流动模型为SA湍流模型的数值计算方法，对简化模型在不同飞行状态下的气动热环境进行预示。预示结果显示：（1）模型壁面温度随着马赫数增大而增加。模型头部区域壁面温度大，驻点后的壁面温度急剧减小，最终趋于平稳。（2）壁面迎风子午线上的温度随着迎角的增加而增大，而壁面背风子午线上的温度变化趋势与迎角的变化相反。最后，通过插值，获得模型舱体内部传热时外壁面上的温度边界条件，研究了气动热环境对模型舱体内部环境温度的影响。由于热防护材料热阻性能好，舱内环境温度小幅增加，远低于外壁面上的温度。