高超声速内外流动激波边界层相互作用的实验与数值研究的任务书.docx

高超声速内外流动激波边界层相互作用的实验与数值研究的任务书
任务书
一、研究背景
高超声速飞行器是一种在大气高速飞行的载人或无人飞行器，具有高速、高机动性、高精度、高可靠性等特点。在高超声速飞行过程中，由于飞行速度超过马赫数5以上，其气动热效应和空气动力学效应变得极为显著，涡波相互作用、内流外泄、边界层过厚、流动分离等现象成为限制高超声速飞行器发展的瓶颈问题。
为了解决这一问题，需要对高超声速飞行器的内外流动激波边界层相互作用进行深入研究。本项目拟利用实验与数值仿真相结合的方法，研究高超声速内外流动激波边界层相互作用的流动特性及其影响因素，为高超声速流动理论和工程实践提供富有应用价值的参考。
二、研究目标
本项目的研究目标是建立高超声速内外流动激波边界层相互作用的实验与数值模型，研究内外流动激波边界层相互作用的流动特性及其影响因素，具体包括：
1.建立高超声速内外流动激波边界层相互作用数值模型，分析不同气动参数对流动特性的影响。
2.设计高超声速内外流动激波边界层相互作用实验系统，开展实验研究，并与数值模拟结果进行比对分析。
3.对内外流动激波边界层相互作用过程中的气动效应进行分析，确定影响因素及其作用机理。
4.提出优化方案和措施，为高超声速飞行器的设计和研制提供技术支撑和参考。
三、主要研究内容
1.高超声速内外流动激波边界层相互作用数值模型的建立
为了研究内外流动激波边界层相互作用的流动特性及其影响因素，需要建立数值模型进行模拟分析。本项目选择使用计算流体力学（CFD）方法，建立高超声速内外流动激波边界层相互作用的数值模型。其中，考虑到流动特性的非定常性和流动压力的高度非线性，需要采用高精度的数值模拟算法和计算模拟技术。
2.高超声速内外流动激波边界层相互作用实验系统的设计
基于数值模拟结果，本项目将设计并制造高超声速内外流动激波边界层相互作用实验系统，以进行实验研究。该系统主要包括氢气燃烧喷射装置、模拟空气动力环境的导航与控制系统、高超声速悬壁挂模型及其附加的实测设备和信号采集系统等。
3.高超声速内外流动激波边界层相互作用的实验研究与运行
在实验系统中，通过改变气动参数和试验条件来模拟不同内外流动激波边界层相互作用情况，并对其流动特性进行实测和分析，以验证数值模型的准确性和可靠性。同时，对实验数据进行分析处理，得出内外流动激波边界层相互作用效应的试验结果，用于与数值仿真模型的结果进行对比和校验。
4.内外流动激波边界层相互作用机理的探讨和优化方案的提出
通过对数值模拟和实验结果的分析，本项目将探讨内外流动激波边界层相互作用的机理，并确定影响因素及其作用方式。在此基础上，提出优化方案，为高超声速飞行器的设计和研制提供技术支撑和参考。
四、研究计划
本项目计划周期为三年。研究任务具体安排如下：
第一年：
1.建立高超声速内外流动激波边界层相互作用的数值模型，分析不同气动参数对流动特性的影响。
2.设计高超声速内外流动激波边界层相互作用实验系统，准备实验。
第二年：
1.开展高超声速内外流动激波边界层相互作用的实验研究，校验数值模拟模型的准确性和可靠性。
2.对实验数据进行分析处理，验证内外流动激波边界层相互作用效应的试验结果。
第三年：
1.探讨内外流动激波边界层相互作用的机理，确定影响因素及其作用方式。
2.提出优化方案，为高超声速飞行器的设计和研制提供技术支撑和参考。
五、预期成果
本项目预期完成的成果如下：
1.高超声速内外流动激波边界层相互作用的数值模拟模型和实验系统。
2.有关内外流动激波边界层相互作用的流动特性和气动效应的数据和信息。
3.内外流动激波边界层相互作用的机理分析及优化方案。
4.学术论文及技术报告。
六、经费预算
本项目经费预算为100万元，其中包括实验设备、实验材料、实验人员、办公及差旅等费用。其中实验设备预算为50万元，实验材料预算为20万元，实验人员预算为20万元，办公及差旅预算为10万元。