超聲速軸對稱激波與邊界層相互作用研究.pdf

1、激波與邊界層相互作用(SWBLI)廣泛存在于超聲速及高超聲速飛行器進(jìn)氣道中，可以引起強(qiáng)烈的流動分離，導(dǎo)致進(jìn)氣道偏離設(shè)計(jì)工況，甚至無法啟動。為了提高高超聲速飛行器的整體性能和應(yīng)用價(jià)值，需要保證進(jìn)氣道在較寬的馬赫數(shù)范圍內(nèi)能夠處于啟動狀態(tài)并保持良好的工作性能，近六十年來，世界各國流體力學(xué)專家和學(xué)者針對激波邊界層相互作用現(xiàn)象進(jìn)行了廣泛的研究。
　　本文以具有軸對稱布局的進(jìn)氣道為研究背景，針對軸對稱激波邊界層相互作用進(jìn)行了仿真和實(shí)驗(yàn)研究，通

2、過湍流模型的對比分析，本文選取S-A湍流模型計(jì)算分離區(qū)，實(shí)驗(yàn)中采用高時空分辨率流場顯示技術(shù)、超聲速PIV技術(shù)等實(shí)驗(yàn)方法。本文研究了軸對稱激波與圓柱邊界層相互作用所產(chǎn)生的分離區(qū)隨半徑的變化規(guī)律以及圓錐邊界層和軸對稱激波與圓錐邊界層相互作用的流場結(jié)構(gòu)。
　　本文進(jìn)行了大量的仿真計(jì)算，得到了某一固定雷諾數(shù)下激波誘導(dǎo)邊界層分離的預(yù)測模型，即在某一雷諾數(shù)下，通過給定的激波強(qiáng)度和來流馬赫數(shù)，通過本文所得到的模型可以判定邊界層是否分離。

3、　　采用課題組的平面曲線激波逆向設(shè)計(jì)方法得到了等強(qiáng)度的軸對稱匯聚激波，通過‘平行四邊形’方法可以實(shí)現(xiàn)激波入射點(diǎn)參數(shù)一致；R/δ≥1時軸對稱流動可以近似為二維流動，軸對稱分離區(qū)分離點(diǎn)模型和分離區(qū)長度模型與半徑無關(guān)；1＜R/δ＜100時，分離點(diǎn)模型中因子A隨半徑的增加而增大，并逐漸趨于一個穩(wěn)定值，分離區(qū)長度隨半徑的增加而減小，可以用一個二階多項(xiàng)式擬合。
　　采用NPLS流場顯示技術(shù)研究超聲速圓錐邊界層，得到了精細(xì)的圓錐湍流邊界層渦結(jié)構(gòu)

4、圖像，從圖像當(dāng)中可以看到深入主流區(qū)的大尺度湍流結(jié)構(gòu)以及壁面處逐漸升起的條帶結(jié)構(gòu)；利用數(shù)字圖像處理技術(shù)，對不同攻角下的圓錐邊界層渦結(jié)構(gòu)距離壁面的高度進(jìn)行了分析，指出圓錐背風(fēng)面渦結(jié)構(gòu)距離壁面的高度隨攻角的增加而增加，但增速變緩，迎風(fēng)面邊界層被吹除，背風(fēng)面邊界層渦結(jié)構(gòu)隨攻角的增加拉伸破碎加劇；通過對軸對稱激波圓錐邊界層相互作用的NPLS圖像和PIV圖像的初步分析，軸對稱的激波邊界層相互作用流場結(jié)構(gòu)與二維的相比有明顯的不同，分離區(qū)的形態(tài)與分離區(qū)