Analysis on flow characteristics and aerodynamic-force-induced vibration of supersonic rocket-sled

Abstract

目前, 火箭橇试验是飞行器空气动力学重要试验手段, 然而强烈的地面与轨道干扰会影响试验的精度, 甚至导致试验失败。采用尺度自适应SAS方法和基于铺层算法的动网格技术对不同马赫数下的超声速火箭橇滑行过程进行数值模拟, 探究了超声速火箭橇的气动力致振机理。采用了数值风洞模拟方法对超声速火箭橇无限空间绕流和仅包含地面的橇体绕流进行仿真, 分析了不同环境条件下的激波特征。结果表明: 超声速火箭橇的头激波传播至轨道和地面时会发生激波反射, 反射激波的存在会导致超声速火箭橇产生升力, 并带来阻力的略微增加; 反射激波与轨道扣件的周期性碰撞使得其尾迹区具有非定常特征; 火箭橇的气动力激励振动频率与尾迹波动频率一致, 即气动力激励振动对非定常尾迹具有锁频现象。此外, 压力信号的功率谱密度分析表明气动力激励振动存在谐声现象, 这与锁频现象密切相关。