基于TLBM-FVM耦合的飞行器舱内热环境跨尺度预测方法

肖光明，张超，桂业伟，杜雁霞,*，刘磊，魏东

1. 中国空气动力研究与发展中心 空气动力学国家重点实验室，绵阳 621000

2. 西安交通大学 航天航空学院 机械结构强度与振动国家重点实验室，西安 710049

飞行器在大气层中飞行时将面临以空气为流体介质的复杂流动和传热过程，不仅有机体表面高速可压缩流动条件下的强制对流换热现象，同时存在低速不可压缩流动条件下的舱内对流与导热、辐射复合的复杂换热现象。近年来，随着国内外新型飞行器的发展，特别是新一代临近空间飞行器的出现，高空高速、长航时、可重复天地往返等苛刻性能要求不断提出，给飞行器舱内热安全带来了严峻挑战[1]。由于舱内高能密度仪器设备的广泛使用，飞行器内部的热载荷以每5、6年增加一倍的速度增长[2]。不适宜的工作温度会缩短其使用寿命，从而降低系统可靠性。与此同时，鉴于一些飞行器的特殊使命，其机载设备对舱内温度环境也提出了越来越严苛的要求。因此，舱内热环境的准确预测已经成为优化飞行器热控与防热设计、减小系统冗余、提高飞行器有效载荷并保障飞行器热安全的重要基础[3]。

在采用密封式设计的情况下，飞行器舱内流动与传热过程主要表现为复杂空间内多体、分散热源作用下的空气自然对流换热、表面辐射热传递及其与机身结构导热、外部气动加热的多物理机制耦合传热现象[4]。此外，在真实飞行条件下，舱内热环境将受到飞行弹道、设备布局、防热及热控设计等多种因素的综合影响。……