粗糙元诱导下的高超音速流场响应及边界层感受性

发布时间：2021-04-19 14:04

　　高超音速边界层状态（层流-湍流）的改变会直接影响到高超声速飞行器的飞行控制、推进、热防护等方面。因此,对高超音速边界层转捩的研究十分必要。高超音速边界层转捩的第一个阶段和必然经过的阶段称为感受性。感受性是指边界层对外部扰动的响应阶段,此过程外部扰动激发边界层内扰动波沿流场向下游移动。感受性的研究是揭示边界层转捩机理的基础。感受性受多种因素影响,主要分为自由来流扰动和壁源扰动。自由来流扰动对边界层感受性的影响在之前已经通过理论、实验和数值模拟方法进行了大量的研究。壁源扰动对边界层内的流动结构的破坏更加直接,对边界层感受性的存在显著的影响,会诱发边界层转捩。已有研究表明,壁面粗糙元可以对高超音速飞行器的减阻降热起到良好作用,并且另边界层变得更加稳定。然而,多种扰动形式作用下高超音速边界层转捩机理尚未弄清楚,需要对此进行深入研究。因此,本文以壁面粗糙元为研究对象,主要研究壁面粗糙元对自由来流扰动作用下边界层内扰动波激发及演化过程。本文利用高阶精度有限差分格式对时间项、粘性项以及对流项进行离散。具体采用三步三阶TVD Runge-Kutta格式进行时间推进,采用S-W流通量矢量分裂方法将对流项... 

【文章来源】：北华航天工业学院河北省

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 高超音速边界层感受性
    1.3 壁面粗糙元对高超音速边界层感受性影响研究进展
        1.3.1 独立粗糙元对高超音速边界层感受性影响研究进展
        1.3.2 分布式粗糙元对高超音速边界层感受性影响研究进展
    1.4 自由流扰动对高超音速边界层感受性影响研究进展
    1.5 本文主要研究内容
第2章 控制方程与数值方法
    2.1 引言
    2.2 控制方程
        2.2.1 笛卡尔坐标系下的N-S方程
        2.2.2 控制方程的无量纲化
        2.2.3 坐标转换后的N-S方程
    2.3 N-S方程离散
        2.3.1 时间项的离散
        2.3.2 对流项的离散
        2.3.3 粘性项的离散
    2.4 来流参数及模型确定
        2.4.1 边界条件确定
        2.4.2 计算模型条件
    2.5 数值方法验证
    2.6 本章小结
第3章 壁面粗糙元对定常高超音速流场及边界层感受性影响分析
    3.1 引言
    3.2 高超音速定常流场对壁面粗糙元的响应特征
    3.3 壁面粗糙元对高超音速边界层的影响
    3.4 本章小结
第4章 壁面粗糙元对自由流扰动作用下高超音速流场响应特征
    4.1 引言
    4.2 自由流扰动作用下高超音速流场对壁面粗糙元的响应
        4.2.1 光滑壁面条件下高超音速流场对自由流扰动的响应
        4.2.2 分布式粗糙元条件高超音速流场对自由流扰动的响应
    4.3 壁面粗糙元条件自由流扰动对高超音速边界层感受性影响
        4.3.1 光滑壁面条件自由流扰动对高超音速边界层的影响
        4.3.2 自由流扰动作用下壁面粗糙元对高超音速边界层的影响
    4.4 本章小结
第5章 壁面温度条件对高超音速流场的影响
    5.1 引言
    5.2 高超音速粗糙元定常流场壁温效应分析
    5.3 自由流扰动作用下粗糙元诱导的高超音速流场壁温效应
    5.4 本章小结
结论
参考文献
攻读学位期间所取得的相关科研成果
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]Response of a hypersonic blunt cone boundary layer to slow acoustic waves with assessment of various routes of receptivity[J]. Bingbing WAN,Jisheng LUO,Caihong SU.  Applied Mathematics and Mechanics（English Edition）. 2018(11)
[2]临近空间高超声速飞行器气动力及气动热研究现状[J]. 王庆洋,丛堃林,刘丽丽,陆宏志,徐胜金.  气体物理. 2017(04)
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[4]Receptivity of hypersonic boundary layer due to fast-slow acoustics interaction[J]. Jun Gao,Ji-Sheng Luo,Xue-Song Wu.  Acta Mechanica Sinica. 2015(06)
[5]临近空间高速飞行器及其动力系统发展现状[J]. 夏强,初洪宇,王阳,张云昊.  飞航导弹. 2015(06)
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[7]高超声速流场对自由流扰动波响应及边界层扰动波演化[J]. 王振清,唐小军,孟祥男,吕红庆.  航空动力学报. 2014(04)
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[9]国外水平起降临近空间高速飞机动力的发展[J]. 王巍巍,李丹,曾军.  燃气涡轮试验与研究. 2014(01)
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硕士论文
[1]高超音速绕楔边界层对自由流中声波、涡波和熵波的响应和感受性[D]. 秦孚沨.天津大学 2014
[2]粗糙元对边界层影响的数值模拟研究[D]. 戴瑞.浙江大学 2012



本文编号：3147695