若干典型高超聲速激波干擾流動特性研究.pdf

1、在吸氣式高超聲速飛行器關(guān)鍵難題攻關(guān)中，前體進氣道流動中激波-激波干擾帶來的熱、力載荷問題是需要予以關(guān)注的重要一環(huán)。激波干擾會產(chǎn)生復(fù)雜的流場波系結(jié)構(gòu)，引起流動分離、再附、射流沖擊等，造成流動非定常振蕩，壁面局部區(qū)域壓力和熱流大幅升高，進而影響飛行器進氣道的性能和結(jié)構(gòu)的安全性。因此，研究激波干擾不僅對高超聲速飛行器的降熱和減阻設(shè)計有重要的工程指導(dǎo)意義，同時有助于對可壓縮流動機理的認(rèn)識。
　　本文針對高超聲速進氣道唇口位置可能出現(xiàn)的激波

2、干擾問題，采用簡化構(gòu)型，以激波風(fēng)洞為實驗平臺，結(jié)合數(shù)值模擬開展研究，考察了激波干擾的流場結(jié)構(gòu)和干擾區(qū)域壁面熱流、壓力分布，討論了構(gòu)型幾何參數(shù)及來流條件對流動特性的影響，著重分析了流動中的非定常振蕩現(xiàn)象及高熱流形成機理。主要的工作與取得的成果如下:
　　1、數(shù)值模擬了高超聲速第Ⅳ類激波-激波干擾，分析了非定常振蕩過程中擾動的傳播及其對波系結(jié)構(gòu)的影響，進-步認(rèn)識了振蕩機制，考察了粘性、入射激波強度、激波干擾點位置和鈍頭體外形對流動中的

3、非定常振蕩及壁面壓力、熱流分布的影響。結(jié)果表明:來流條件和鈍頭體外形不同，第Ⅳ類激波干擾可能出現(xiàn)非定常振蕩，也可能呈現(xiàn)穩(wěn)定狀態(tài);無粘特征在激波干擾流動中起主導(dǎo)作用;入射激波強度增大或鈍頭體外形變鈍，熱、力載荷有增大的趨勢，Strouhal數(shù)則會減小，弓形激波的脫體距離是影響Strouhal數(shù)的主要因素;合理選擇鈍頭體外形可望有效地降低激波干擾帶來的脈動熱、力載荷;降低來流馬赫數(shù)，第Ⅳ類激波干擾的非定常振蕩現(xiàn)象明顯減弱。
　　2、研

4、究了帶凹腔鈍頭體第Ⅳ類激波干擾的流動特征，考察了迎風(fēng)凹腔的引入對流動非定常振蕩特性的影響。實驗上，在激波風(fēng)洞中采用高速紋影方法獲得具有時間分辨率的流場照片，采用高頻響壓力傳感器獲得凹腔底部脈動壓力信號。數(shù)值模擬結(jié)果與實驗結(jié)果在流場結(jié)構(gòu)和非定常振蕩頻率方面吻合較好。超聲速射流與迎風(fēng)凹腔的相互作用對激波振蕩起到了關(guān)鍵作用:射流遠(yuǎn)離凹腔時，二者相互作用不明顯，流動呈現(xiàn)較為穩(wěn)定的干擾結(jié)構(gòu);射流沖擊凹腔時，第Ⅳ類激波干擾呈現(xiàn)出兩種明顯不同的振蕩模

5、式—高頻前后振蕩模式和低頻上下振蕩模式。此外，三維效應(yīng)對非定常振蕩實驗結(jié)果有著不可忽視的影響。
　　3、研究了高超聲速三維內(nèi)收縮式進氣道V形鈍化唇口位置的激波干擾。唇口簡化為V形前緣構(gòu)型，采用數(shù)值模擬為主的方法，結(jié)合激波風(fēng)洞實驗分析了激波干擾的流場結(jié)構(gòu)和壁面熱流分布，重點研究了V形前緣幾何參數(shù)和來流條件的影響。結(jié)果表明:在流場結(jié)構(gòu)方面，實驗紋影和數(shù)值模擬結(jié)果吻合較好。激波干擾產(chǎn)生了復(fù)雜的波系結(jié)構(gòu)，包括規(guī)則反射和馬赫反射，并引起壁面