不同节流比下的超声速叶栅波系振荡模式及特性
发布时间：2021-08-18 01:32
本文以德国宇航局设计的SAV21超声速叶栅为研究对象。实验研究了不同节流比下的波系结构及振荡特征。结果表明:在小节流比下,由叶栅型面产生的膨胀波可以有效抑制激波串的振荡。在大节流比下,出现了四种振荡模式。模式1中,激波在压力面前缘往复振荡;模式2中,大幅度振荡与吸力面前缘小幅度振荡交替出现;模式3中,只存在大幅度振荡;模式4中,波系在上游通道中运动。下游压力波动的无规律性导致模式4的发生是随机的。
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１超声速叶栅实验模型示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ?ｃａｓｃａｄｅ?ｔｅｓｔ?ｍｏｄｅｌ??如图ｉ所示，在管道出口放置形成几何喉部的机??
??随后的压升将会导致激波串快速前移而导致不稳定??的发生。１９５４年，Ｄａｉｌｅｙ针对超声速进气道喘振问??题开展了实验研究，Ｄａｉｌｅｙ准则规定，超声速进气道??喘振的发生是由于外压缩面上激波诱导的流动分离??引起的。因此，本文中的超声速叶栅振荡流动触发??机制属于Ｄａｉｌｅｙ准则。??图８振荡触发机制示意图??Ｆｉｇ．?８?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ?ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ??ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??３．２振荡流动模式１??如图９所示为振荡流动模式１的一个振荡周期??内的激波运动纹影图。在上一次振荡周期结束后，激??波串前缘激波再次回到下游位置，其在压力面的入??射点刚好位于压力面尖端（图９（ａ）），此时，没有流??图９振荡流动模式１的一个振荡周期纹影图??Ｆｉｇ．?９?Ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｏｎｅ?ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ?ｃｙｃｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅ?１??
２６９８??工程热物理学报??４１卷??／＝４０２．８?Ｈｚ?＾??Ｇ（／）ｘ／＝０．０００３２２??３．０??２．５??渐增加，流场中的激波结构开始发生变化。如图４中??＝?３０％的纹影图像，为了匹配下游的高背压比，??流场中的一系列斜激波结构组成了激波串。激波串??前缘激波在吸力面附面层上入射，在激波下游产生??了较强的逆压力梯度，进而导致吸力面边界层发生??大面积分离，导致超声速核心流动偏向了压力面侧。??基于此，也导致了随着节流比的增加，吸力面与压??力面上的静压＿时间分布曲线的不同。一旦激波串??前缘激波越过吸力面上的压力传感器，位于亚声速??区域的压力传感器所测得的静压会均匀上升。而处??于超声速区域中的压力面传感器，由于激波串中斜??激波的扫掠，会导致其静压的交替上升。当节流比在??３５％？４５％之间时，如图４所示：ＴＲ?＝?４０％的纹影图，??激波串前缘处于吸力面产生的膨胀波区域内。可以??发现，激波串所扫过的区域，背景波系结构均被激??波串结构所取代。??（ａ）?ｒａ＝４０％?（ｂ）?ＴＲ＝６０％??图４不同节流比流场纹影图??Ｆｉｇ．?４?Ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｌｏｗｆｉｅｌｄ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇ?ｒａｔｉｏｓ??如图５为不同节流比下背压传感器Ｂ１测得??压力的功率谱分布，它将有助于提取压力信号的相??对频率含量。在７７？二３５％？４５％的节流比范围内，??背压传感器所测得的静压波动的主导频率为４０２．８??Ｈｚ，?Ｇ（／）?ｘ?／为０．０００３２２。当节流比在５０％？６０％之??间时
本文编号：3348921
【文章来源】：工程热物理学报. 2020,41(11)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１超声速叶栅实验模型示意图??Ｆｉｇ．?１?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｓｕｐｅｒｓｏｎｉｃ?ｃａｓｃａｄｅ?ｔｅｓｔ?ｍｏｄｅｌ??如图ｉ所示，在管道出口放置形成几何喉部的机??
??随后的压升将会导致激波串快速前移而导致不稳定??的发生。１９５４年，Ｄａｉｌｅｙ针对超声速进气道喘振问??题开展了实验研究，Ｄａｉｌｅｙ准则规定，超声速进气道??喘振的发生是由于外压缩面上激波诱导的流动分离??引起的。因此，本文中的超声速叶栅振荡流动触发??机制属于Ｄａｉｌｅｙ准则。??图８振荡触发机制示意图??Ｆｉｇ．?８?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ?ｔｒｉｇｇｅｒｉｎｇ??ｍｅｃｈａｎｉｓｍ??３．２振荡流动模式１??如图９所示为振荡流动模式１的一个振荡周期??内的激波运动纹影图。在上一次振荡周期结束后，激??波串前缘激波再次回到下游位置，其在压力面的入??射点刚好位于压力面尖端（图９（ａ）），此时，没有流??图９振荡流动模式１的一个振荡周期纹影图??Ｆｉｇ．?９?Ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｏｎｅ?ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ?ｃｙｃｌｅ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ?ｍｏｄｅ?１??
２６９８??工程热物理学报??４１卷??／＝４０２．８?Ｈｚ?＾??Ｇ（／）ｘ／＝０．０００３２２??３．０??２．５??渐增加，流场中的激波结构开始发生变化。如图４中??＝?３０％的纹影图像，为了匹配下游的高背压比，??流场中的一系列斜激波结构组成了激波串。激波串??前缘激波在吸力面附面层上入射，在激波下游产生??了较强的逆压力梯度，进而导致吸力面边界层发生??大面积分离，导致超声速核心流动偏向了压力面侧。??基于此，也导致了随着节流比的增加，吸力面与压??力面上的静压＿时间分布曲线的不同。一旦激波串??前缘激波越过吸力面上的压力传感器，位于亚声速??区域的压力传感器所测得的静压会均匀上升。而处??于超声速区域中的压力面传感器，由于激波串中斜??激波的扫掠，会导致其静压的交替上升。当节流比在??３５％？４５％之间时，如图４所示：ＴＲ?＝?４０％的纹影图，??激波串前缘处于吸力面产生的膨胀波区域内。可以??发现，激波串所扫过的区域，背景波系结构均被激??波串结构所取代。??（ａ）?ｒａ＝４０％?（ｂ）?ＴＲ＝６０％??图４不同节流比流场纹影图??Ｆｉｇ．?４?Ｓｃｈｌｉｅｒｅｎ?ｉｍａｇｅｓ?ｏｆ?ｔｈｅ?ｆｌｏｗｆｉｅｌｄ?ｕｎｄｅｒ?ｄｉｆｆｅｒｅｎｔ??ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ?ｏｆ?ｔｈｒｏｔｔｌｉｎｇ?ｒａｔｉｏｓ??如图５为不同节流比下背压传感器Ｂ１测得??压力的功率谱分布，它将有助于提取压力信号的相??对频率含量。在７７？二３５％？４５％的节流比范围内，??背压传感器所测得的静压波动的主导频率为４０２．８??Ｈｚ，?Ｇ（／）?ｘ?／为０．０００３２２。当节流比在５０％？６０％之??间时
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