吊窗尾迹流动非稳态气动光学效应研究

发布时间：2024-05-29 02:22

　　采用改进的延迟脱体涡仿真(IDDES)方法、双时间步LU-SGS方法、本征正交分解(POD)方法开展数值仿真,并分析吊窗的尾迹流动气动光学效应的非稳态特性。仿真流线与油流实验在总体上可比性较好,但二者的吊窗尾迹区流场结构存在一定差异。吊窗流动易分离,K-H不稳定波会使分离剪切层失稳并产生脱落涡街,涡街与颈项涡相互作用,在吊窗尾迹区产生复杂的非稳态流动。吊窗尾迹流动气动光学效应以稳态相差为主,占比达70%,稳态相差会弱化气动光学效应的非稳态特性;波前以低阶模态为主,阶数越高,模态包含越多小尺度结构。根据标度律,在海拔为10 km与吊窗直径为2 m条件下,方均根光程差的时均值约为0.48λ,气动光学效应将得到进一步加强,这会对高能激光武器(ABL)性能带来不利影响。

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【部分图文】：

图1波前的POD重构

光学吊窗由半球体和圆柱组成,圆柱与球体直径相同,高度等于球体半径,如图2所示。取x方向为来流方向,y轴为吊窗中轴线,z轴为横向并垂直纸面向外,原点o位于球心。网格总量为1175×104,时间步长Δt=8.4μs,先进行2×104步流场迭代,在此基础上对流场与光场进行耦合迭代求解....

图2吊窗模型。

图1波前的POD重构Gordeyev等[1,13]基于无粘流位势理论,推导出光学吊窗气动光学效应的方均根光程差RMS,OPD与ρ∞、M∞、D、H与Σ等满足标度律:

图3油流与流线。(a)前视;(b)侧视;(c)俯视

用风洞油流实验对数值仿真方法进行可靠性验证。风洞油流实验在CARDC(Chinaaerodynamicsresearchanddevelopmentcenter)开展,用于获取近壁流场拓扑结构特征。图3为油流实验与数值仿真的近壁流线,后者由对2×104帧数据取时间平均得....

图4马赫数与Q值等值面。(a)马赫数;(b)Q值面

图4给出绕吊窗流动的马赫数与Q值等值面(Q=0.01),Q值等值面用x轴方向的速度分量着色,其中M为当地马赫数。流动在绕吊窗后分离,分离形成分离剪切层,剪切层的K-H不稳定波会使剪切层失稳并产生脱落涡街,脱落涡之间、脱落涡与颈项涡之间相互掺混、裹夹、交织,在吊窗尾迹区形成复杂的非....

本文编号：3983940