浮空氣囊定常及非定常氣動特性計算

宋書恒 陳德華 劉曉波

(中國空氣動力研究與發展中心，綿陽621000)

以氣囊為主體結構的飛行器在軍事和民用方面具有廣泛的應用范圍［1－4］，如飛艇、熱氣球等，與其它飛行器相比，該類飛行器具有如下特點和優點:可垂直起降、空中懸停，噪音低、污染小和長滯空時間，可全天候、超低空和超高空飛行，成本較低，用途廣泛等.而隨著新的應用領域的開發，如臨近空間［5］，該類飛行器再一次成為研究的熱點.

浮空類飛行器是一種以靜升力為主的飛行器，所以其氣囊結構一般容積較大，且多為旋成體，在運行過程中外形有可能發生變化，這就導致了其流場具有不同于其它飛行器的特點.并且由于運行空域較廣，流場參數變化復雜，或出于姿態控制的需要，非定常氣動特性對其也有著非常重要的意義.本文采用數值模擬方法研究了較廣空域范圍內浮空氣囊的氣動特性，計算模型包括0～20km范圍內5個不同高度下不同外形的氣囊，對其定常和非定常氣動力和流動分離特性進行了計算與分析.計算結果表明，隨著高度與氣囊外形的變化，其氣動力與流動分離模式差別較大，并且氣囊的非定常運動對其流場和氣動力有較大影響.

1 數值方法

1.1 控制方程及求解

本文的流動控制方程是三維非定常不可壓縮N-S(Navier-Stokes)方程，采用虛擬壓縮的思想［6］，在連續性方程和動量方程中分別引入壓力和速度對虛擬時間的導數項，然后變換至一般曲線坐標系下求解.方程中……