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摘要
声爆是发展超声速民机不可回避的关键问题之一。目前流行的声爆预测技术主要针对静止大气，对大气中的湍流扰动等动态效应考虑不足，尚未建立高效高逼真度的预测方法。前期的研究基于波形参数法框架，通过在射线法中引入由Von Karman能量谱和离散Fourier模态有限和生成的均匀各向同性湍流速度场，考虑了大气湍流的部分效应，但是对热黏性吸收、分子弛豫等大气物理效应没有同时模拟，然而实际飞行中大气湍流和热黏性吸收、分子弛豫等大气物理效应是同时影响声爆特性的，进而会影响超声速民机的轨迹规划。本文工作基于广义Burgers方程的远场声爆预测方法，通过与射线法相结合，建立了一套可考虑热黏性吸收、分子弛豫等物理效应的大气湍流声爆影响快速预测方法，并采用该方法开展了大气湍流强度和大气边界层厚度对典型远程超声速民机的声爆特性影响规律研究。计算结果表明：本文建立的预测方法能够合理表征热黏性吸收、分子弛豫等大气物理效应，相比前期基于波形参数法框架的预测方法，能够更加真实地反映大气湍流对声爆传播特性的影响；相比于前期的典型超声速公务机，本文采用的远程超声速民机声爆波形更加复杂，该预测方法仍能给出复杂波系的大气湍流影响规律；随着湍流强度和边界层厚度的增加，大气湍流效应对声爆特性产生的随机性影响呈增强趋势；同时，声爆在地面到达点的位置也呈现出更加分散的趋势，其可能会改变声爆毯对地面的影响范围，应在飞行轨迹规划中予以考虑。
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单位中国航空工业空气动力研究院; 西北工业大学
