高超声速气动热及防护的CFD建模研究开题报告

1. 本选题研究的目的及意义

随着航空航天技术的飞速发展，高超声速飞行器成为了各国竞相研究的热点。

高超声速飞行器在进入大气层或在大气层中飞行时，由于与空气发生剧烈摩擦，会产生极高的气动热，这对飞行器的结构安全和飞行稳定性构成了严峻挑战。

因此，开展高超声速气动热及防护研究对于推动高超声速飞行器的发展具有重要意义。

2. 本选题国内外研究状况综述

高超声速气动热及防护研究近年来取得了显著进展，国内外学者在数值模拟方法、热防护材料和结构设计等方面进行了大量研究。

1. 国内研究现状

国内学者在高超声速气动热方面展开了大量研究工作，并在cfd方法、热防护材料等方面取得了一定的成果。

3. 本选题研究的主要内容及写作提纲

本研究将针对高超声速飞行器气动热及防护问题，采用cfd数值模拟方法，开展以下几个方面的研究：
1.高超声速气动热预测模型的建立:研究高超声速流动机理和气动热力学模型，选择合适的湍流模型和热传导模型，建立高精度、高效率的气动热预测模型。

2.典型飞行器气动热特性的数值模拟:建立典型高超声速飞行器的几何模型，进行网格划分和边界条件设置，利用cfd软件对飞行器的气动热特性进行数值模拟，分析飞行器表面的热流密度、温度分布等参数。

3.不同热防护方案的对比分析:研究不同热防护材料和结构的性能特点，建立相应的数值模型，对不同热防护方案的有效性进行对比分析，为飞行器热防护系统的设计提供参考。

4. 研究的方法与步骤

本研究将采用理论分析、数值模拟和结果分析相结合的研究方法，具体步骤如下：
1.文献调研:查阅国内外相关文献，了解高超声速气动热及防护领域的最新研究进展，为本研究提供理论基础和技术参考。

2.理论分析:研究高超声速流动机理、气动热力学模型和热传导机制，建立高超声速气动热预测模型，为数值模拟提供理论依据。

3.数值模拟:选择合适的cfd软件，建立典型高超声速飞行器的几何模型，进行网格划分和边界条件设置，对飞行器的气动热特性进行数值模拟。

5. 研究的创新点

本研究将在以下几个方面力求创新：
1.高精度气动热预测模型:针对现有气动热预测模型的不足，结合高精度数值模拟方法和湍流模型，建立更加准确、高效的气动热预测模型，提高对高超声速飞行器气动热环境的预测精度。

2.新型热防护材料和结构:研究新型热防护材料和结构的性能特点，建立相应的数值模型，探究其在高超声速飞行器热防护中的应用潜力，为飞行器热防护系统的设计提供新思路。

3.气动热与结构耦合分析:将气动热分析与结构分析相结合，研究气动热对飞行器结构的影响，为飞行器结构设计和优化提供参考。

6. 计划与进度安排

第一阶段 （2024.12~2024.1）确认选题，了解毕业论文的相关步骤。

第二阶段（2024.1~2024.2）查询阅读相关文献，列出提纲

第三阶段（2024.2~2024.3）查询资料，学习相关论文

7. 参考文献（20个中文5个英文）

[1] 王保成, 白鹏, 刘鲁华, 等. 高超声速飞行器气动热环境预测与热防护研究进展[j]. 宇航学报, 2019, 40(1): 1-18.

[2] 张涵信. 计算空气动力学—未来发展方向[j]. 空气动力学学报, 2018, 36(4): 481-493.

[3] 赵忠良, 陈坚强, 崔俊, 等. 高超声速飞行器气动热环境预测方法研究综述[j]. 航空学报, 2017, 38(9): 265-284.