高超音速
關(guān)注創(chuàng)建者：砥力 創(chuàng)建時間：2019-07-10
高超音速的視頻教程
STARCCM+系列CFD課程04-可壓縮流
-高超音速流 <19> 諧波平衡-單級周期流體 <20> 燃?xì)廨啓C(jī)空氣動力學(xué)-后處理 本課程講解的軟件版本為STAR-CCM+ 2302版本 使用的案例文件為2306版本 高版本軟件可打開低版本文件 不同版本軟件界面略有變化 不影響學(xué)習(xí)使用 在講解中同步顯示了鼠標(biāo)的操作和鍵盤上的輸入 本課程使用的案例是軟件自帶案例,
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STARCCM+系列CFD課程02-幾何與網(wǎng)格
16> 控制閥-單一零部件網(wǎng)格化 <17> 熱交換器-多零部件網(wǎng)格化 <18> 定向網(wǎng)格-電機(jī) <19> 局部包面-歐洲卡車 <20> 包面中的間隙封閉-無人機(jī)主體 <21> 渦輪機(jī)網(wǎng)格-壓縮機(jī)部分 <22> 重疊網(wǎng)格-RAE2822翼形 <23> 各向異性體網(wǎng)格化-M6機(jī)翼 <24> 自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化-高超音速流
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高超音速的實例教程
從仿真超燃沖壓發(fā)動機(jī)內(nèi)部空氣和燃料混合的設(shè)計與分析，到測量熱應(yīng)力對惡劣環(huán)境下工作的飛行器傳感器的影響，Ansys基于物理的高精度求解器極大地促進(jìn)了高超音速實驗研究。通過仿真這些系統(tǒng)，工程團(tuán)隊在物理原型測試中不僅能節(jié)省數(shù)億美元成本，還能介入更少的人員進(jìn)一步推進(jìn)研究與研發(fā)。在運(yùn)行Ansys的高超音速系統(tǒng)模型后，德州大學(xué)阿靈頓分校的工程師通過在學(xué)校先進(jìn)的電弧噴射高超音速風(fēng)洞（美國高校里唯一的此類設(shè)施）里開展物理高速飛行測試來驗證軟件代碼的準(zhǔn)確性。
德州大學(xué)阿靈頓分校空氣動力學(xué)研究中心主任兼航空航天工程學(xué)教授Luca Maddalena稱：“在高超音速速度和溫度下的風(fēng)洞中測試驗證基于物理的組件模型，為我們雙方客戶帶來重大技術(shù)優(yōu)勢，加快開發(fā)低成本解決方案。阿靈頓分校的電弧噴射將有助于驗證用于高超音速應(yīng)用的Ansys軟件代碼，推動空氣熱動力學(xué)、超燃沖壓發(fā)動機(jī)推進(jìn)、燒蝕等眾多領(lǐng)域的前沿研究。”
Ansys首席技術(shù)官Prith Banerjee表示：“我們在航空航天領(lǐng)域的共同客戶要求大幅縮短產(chǎn)品上市時間，這給高度復(fù)雜的高超音速飛行器的設(shè)計帶來了巨大的挑戰(zhàn)。通過與高超音速研究領(lǐng)域的頂尖大學(xué)之一展開密切合作，我們協(xié)力減少使用成本高昂而冗長的物理原型測試，從而顯著加快當(dāng)前和未來高超音速飛行器的研發(fā)。”
展開 高超音速飛行器是飛行器的第三次革命
近日，網(wǎng)上出現(xiàn)我國高超音速飛行器試飛的新聞，這表明國內(nèi)高超音速飛行器的研制邁入了新的階段。
一般而言高超音速飛行器指的是飛行速度超過5馬赫的飛行器，它是繼螺旋槳、噴氣式飛機(jī)之后飛行器的第三次革命，也是新世紀(jì)各國爭奪的制高點。
此前許多人可能已經(jīng)看過中國高超音速飛行器的新聞，那么此次高超音速飛行器有什么不同，此次新聞的主角是中國航空工業(yè)而不是以前的航天工業(yè)，所以可以推測此次試飛的飛行器應(yīng)該是吸氣式高超音速飛行器，也就是說它的動力應(yīng)該是基于渦輪的聯(lián)合推進(jìn)系統(tǒng)(TBCC)，而不是基于火箭的聯(lián)合推進(jìn)系統(tǒng)(RBCC)。
噴氣式發(fā)動機(jī)只能讓飛行器的速度達(dá)到2馬赫左右
傳統(tǒng)的渦輪噴氣/風(fēng)扇發(fā)動機(jī)的飛行速度范圍局限在2馬赫以下，到達(dá)這個范圍的上限之后，渦輪葉片的轉(zhuǎn)速到達(dá)頂點，會產(chǎn)生的比較大熱量及燒蝕問題，此后提高速度只能依靠沖壓發(fā)動機(jī)，它是依靠氣流來進(jìn)行增壓，不需要渦輪，所以速度范圍比較大，一般而言亞燃沖壓發(fā)動機(jī)可以滿足是飛行器的速度達(dá)到6-7馬赫，而超燃沖壓發(fā)動機(jī)，就是氣流不減速直接進(jìn)入燃燒室，則可以達(dá)到10馬赫左右。
不過沖壓發(fā)動機(jī)這個原理讓它必須擁有一個啟動速度，所以需要與其他動力裝置組成聯(lián)合推進(jìn)系統(tǒng)，最常見的就是固體火箭加沖壓發(fā)動機(jī)，這是目前超音速反艦導(dǎo)彈最常見的配備，不過固體火箭發(fā)動機(jī)只能一次性使用，不適合作為重復(fù)使用飛行器的動力系統(tǒng)，所以出現(xiàn)了渦輪沖壓聯(lián)合推進(jìn)系統(tǒng)，此次曾經(jīng)有新聞?wù)f國內(nèi)正在研制渦輪沖壓聯(lián)合推進(jìn)系統(tǒng)。它利渦輪發(fā)動機(jī)讓飛行器從普通跑道起飛，在高空達(dá)到?jīng)_壓發(fā)動機(jī)的啟動速度之后，再使用沖壓發(fā)動機(jī)，將飛行器繼續(xù)加速到預(yù)定速度。
展開 強(qiáng)調(diào)HiFIRE可以達(dá)到M8也是一樣，助推-滑翔型高超音速飛行器的釋放速度不是最大的挑戰(zhàn)，機(jī)動飛行才是，而HiFIRE 4的飛行時間才5秒，計劃中的HiFIRE 8也只有30秒（一說60秒）。
“星空2號”不是十全十美的。完美的高超音速乘波體應(yīng)該配備超燃沖壓發(fā)動機(jī)，最好還是TBCC（Turbine Based Combined Cycle）那樣與渦噴相結(jié)合的組合循環(huán)發(fā)動機(jī)，可以完成從水平起飛到水平著陸。廈門會議上透露，中國在超燃沖壓和TBCC方面的發(fā)展也很快，詳情請見《中美高超音速飛行器誰離星辰大海更近》。“星空2號”的射程也相對有限，400秒的M6飛行大約相當(dāng)于650-700公里飛行距離，采用BP-12A的助推級也意味著飛行器重量有限。但中國的高超音速科技樹枝繁葉茂，“星空2號”只是驚鴻一瞥。
早先公開的HIFiRE 4飛行器的照片讓人以為它是有“啤酒肚”的先進(jìn)設(shè)計
其實……它還是個“月牙形”
“星空2號”的“啤酒肚”是它最厲害的標(biāo)志
中國高超音速技術(shù)領(lǐng)先了，但美國的高超音速發(fā)展是走了彎路的。美國強(qiáng)大的空中力量使得短程彈道導(dǎo)彈顯得多余，中導(dǎo)協(xié)議又禁止了中程導(dǎo)彈的發(fā)展，一步跳到洲際導(dǎo)彈級的HTV-2又技術(shù)跨度太大，所以在乘波體和飛行控制方面落后了。美國的重點在超燃沖壓，只有首先突破有效、可靠的動力，高超音速對美國才有意義。當(dāng)然這方面也沒有真正突破，造成美國今天的困境。
但科學(xué)技術(shù)不是巫術(shù)，中國做得到的，假以時日，美國也做得到。這話平常是反過來說的，但在高超音速方面還真得這么說。發(fā)達(dá)國家不是一夜之間發(fā)達(dá)起來的，人家也在努力領(lǐng)先，但中國也有厲害的地方，高超音速就是一個例子。回到一開始的問題，“星空2號”厲害嗎？厲害的！后面還有更厲害的！
展開 法新社1月27日報道，法國決定發(fā)起一項高超音速武器計劃，法國國防部長弗洛朗絲·帕利發(fā)表了這一聲明。
弗洛朗絲·帕利說：“我們決定簽訂一份關(guān)于研制高超音速飛機(jī)樣機(jī)的合同。”她表示，研制的高超音速飛機(jī)將能夠以超過6千公里/小時（5馬赫）的速度飛行。第一次試飛“計劃在2021年底之前舉行”。
帕利強(qiáng)調(diào)：“現(xiàn)在許多國家都配備了這種武器。法國不能再坐等。”法新社在此指出，目前聯(lián)合國安理會的三個常任理事國美國、俄羅斯和中國已經(jīng)在開展自己的高超音速武器計劃。
據(jù)法新社報道，法國已經(jīng)在開發(fā)高超音速技術(shù)以增強(qiáng)其核武器庫。
展開 不過用老式火炮發(fā)射高超音速炮彈，也不是件簡單的事情。
據(jù)美國媒體爆料，美國海軍驅(qū)逐艦的MK45艦炮，發(fā)射70磅約31公斤重的炮彈時，炮彈初速約2.2馬赫，但是發(fā)射28磅約12公斤的高超音速炮彈時，初速高達(dá)7.3馬赫。
前者動能為8兆焦多一點，后者動能則接近40兆焦，相差5倍。前者射程13英里，后者射程50英里，差距也非常大。我們知道，目前身管火炮里炮彈初速最高的是坦克炮，其最大初速也不超過每秒2000米。
主流的坦克炮通常是滑膛炮，內(nèi)膛加工得和鏡面一樣，可以減少炮彈和炮膛的摩擦，提高初速。但是MK45是線膛炮，它是如何實現(xiàn)接近每秒2500米的初速的？
而且美國也不可能把海軍所有的艦炮全部改為滑膛，因為這不僅工程浩大，代價高昂，以前的炮彈還都不能用了。
不改動火炮，能打出如此高的初速，的確很令人匪夷所思。還有一點，美國海軍透露這種高超音速炮彈具備制導(dǎo)能力。
制導(dǎo)炮彈目前已經(jīng)是比較成熟的技術(shù)，美軍目前裝備的“神劍”制導(dǎo)炮彈可以精確命中四五十公里外的目標(biāo)，誤差不超過五米。
但是對于體積要小很多，速度又快了幾倍的高超音速炮彈，制導(dǎo)就非常困難。
電子元件和活動部件要承受的瞬時加速遠(yuǎn)大于常規(guī)炮彈，而且是打擊巡航導(dǎo)彈這樣的小型目標(biāo)，說它速度較慢，那也是亞音速級別的慢。差不多等于用一顆高速子彈打掉空中飛行的一顆低速子彈，這種精確制導(dǎo)方式，還沒有在炮彈上實現(xiàn)過。
假如美國海軍真的解決了以上兩個難題，那真是出了黑科技。
不過10萬美元一發(fā)，真的能辦到嗎？
大家還記得天國中的遠(yuǎn)程對陸攻擊炮彈吧，那個都要80萬一發(fā)哦。
來源： 網(wǎng)易談兵
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高超音速的最新內(nèi)容
? 高復(fù)雜度場景（如高超音速流動、燃燒仿真）：建議以傳統(tǒng)專業(yè)CFD為主，F(xiàn)LOEFD僅用于前期幾何可行性與初步性能評估。
總結(jié)
西門子FLOEFD以“CAD原生、智能高效、多場協(xié)同”為核心，打破了設(shè)計與仿真的壁壘，尤其適配新能源、電子、增材制造等快速迭代的行業(yè)。
一期一會 | 什么是流體流動？8個月前
對于更高的流速（高亞音速和超音速），可壓縮性效應(yīng)變得顯著，尤其是涉及沖擊波的情況下，例如在噴氣式發(fā)動機(jī)、高速飛機(jī)和火箭中。
粘性流與非粘性流
粘度是衡量流體中摩擦力的一個指標(biāo)。當(dāng)流體內(nèi)部的各層相互摩擦?xí)r，就會產(chǎn)生摩擦力。粘度高（例如蜂蜜）表示摩擦力較大，反之亦然。對于液體而言，粘度會隨著溫度的升高而降低。
能捕捉亞音速到高超音速的流動問題，氣動聲學(xué)問題，可以和Nastran或OptiStruct耦合進(jìn)行氣彈問題仿真。
基于密度的求解器支持使用高超音速求解器的無粘通量。
可以在 初始條件 場中啟用動態(tài)自適應(yīng)網(wǎng)格細(xì)化，并指定最大適應(yīng)次數(shù)。這在 VOF 多相流中特別有用。
增強(qiáng)的各向異性壓降計算，提高了使用具有各向異性壓力損失特性的多孔介質(zhì)計算穩(wěn)健性。
現(xiàn)在可以在掃描網(wǎng)格區(qū)域的目標(biāo)表面上強(qiáng)制進(jìn)行網(wǎng)格連接。
Aerospacetesting
我們所熟知的航空航天業(yè)正在迅速發(fā)生變化，從高超音速和自主系統(tǒng)到eVTOL，新技術(shù)層出不窮。這意味著測試需求也在迅速發(fā)展。隨著新技術(shù)的出現(xiàn)，更新、更先進(jìn)、更多樣的測試形式也隨之而來。預(yù)計到2028年，航空航天測試市場將增長10.6 億美元。
來源 | Composites Part A
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背景介紹
隨著航空技術(shù)的進(jìn)步，高超音速飛行器在軍事應(yīng)用中不斷發(fā)展。飛機(jī)的部件在超高速飛行過程中會受到高溫的影響。同時，隱形技術(shù)對于避免被敵方雷達(dá)探測至關(guān)重要。因此，開發(fā)具有電磁波衰減和隔熱能力的多功能材料對科學(xué)家和工程師具有重要意義。氣凝膠是一種多孔材料，由具有空氣-氣相的微孔固體組成。
跨速域飛行器的布局設(shè)計
空氣動力學(xué)將流動分為亞音速、跨音速、超音速及高超音速，無疑跨速域飛行器在氣動布局上考慮的因素更多，因此本文以典型跨速域飛行器：戰(zhàn)斗/偵察機(jī)及可復(fù)用火箭/飛船，展開方法的介紹及論述。
圖1 典型跨速域飛行器
2.1.
人們對高超音速飛機(jī)的關(guān)注越來越多，但由于難以獲得地面和飛行測試數(shù)據(jù)，這將需要嚴(yán)重依賴 CFD。
CFD 技術(shù)
從核心數(shù)值算法開始，計算仿真的不斷發(fā)展面臨著眾多挑戰(zhàn)。這些算法最初基于有限差分，逐漸演變?yōu)橛邢摅w積，如今，人們對（在結(jié)構(gòu)力學(xué)中占主導(dǎo)地位的）有限元技術(shù)產(chǎn)生了濃厚的興趣。
對于高超音速流場，選擇密度基Density-Based求解器。
2、物理模型
選擇求解能量方程并選擇雙溫度模型選項。在雙溫模型中，一個溫度代表空氣分子的平移能和旋轉(zhuǎn)能，另一個溫度代表空氣分子的振動能和電子能。考慮這種熱非平衡對于高超超聲速流的精確模擬是重要的，最重要的是在表面?zhèn)鳠岷蜏囟鹊念A(yù)測。
美國計劃在2030年前利用高超音速無人機(jī)，形成應(yīng)對復(fù)雜局勢的即時反應(yīng)能力。美國高層認(rèn)為，從2030年起，將按照如下發(fā)展路徑全方位提高無人系統(tǒng)的技戰(zhàn)術(shù)能力：
首先，提升空中、空天、地面和海上無人系統(tǒng)作戰(zhàn)范圍和動態(tài)態(tài)勢應(yīng)變能力，以及在不同環(huán)境中的新興混合型無人集群系統(tǒng)的實戰(zhàn)能力。
其次，到2035年，美國計劃建立一個高速自動化通信網(wǎng)絡(luò)，可以將無人系統(tǒng)整合到統(tǒng)一的信息空間。
