入射激波边界层干扰分离流场结构研究
发布时间：2021-09-24 18:19
入射激波边界层干扰易导致边界层分离,为了分析其局部流场结构,捕获局部高压、高热区,掌握分离泡的大小,本文针对入射激波导致的边界层分离流场,构造简化模型,辅助以极曲线理论分析描述,结合自由干扰理论、激波关系式以及分离区长度工程估算首次给出完整的理论求解。该理论模型可快速获得流动图画,给出流场参数分布,便于分析整体流场结构,并得到了很好的数值验证。运用该理论模型对分离泡高度进行了参数化分析,分离泡高度随来流马赫数的增大先略有减小再增大,同时是外压缩角以及飞行高度的增函数。
【文章来源】：空气动力学学报. 2019,37(05)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１超燃冲压发动机示意图［１］Ｆｉｇ．１Ｓｃｒａｍｊｅｔｓｃｈｅｍａｔｉｃ［１］
切层并反射为膨胀波，使得自由剪切层向壁面偏转，到达再附点Ｒ，Ｒ下游流体转为与壁面平行，产生压缩波系，压缩波系合并为再附激波［７］。因此，已知的主要结构包括入射激波、边界层、分离激波、干扰点膨胀波、分离泡以及再附激波。工程实际中已知的参数通常包括来流马赫数、干扰点雷诺数以及入射激波强度。由此需要获得各区流动参数、各干扰波的方向和强度以及压力沿壁面分布等。图２入射激波致边界层分离流场结构Ｆｉｇ．２Ｓｋｅｔｃｈｏｆｔｈｅｆｌｏｗｉｎｄｕｃｅｄｂｙａｎｉｎｃｉｄｅｎｔｓｈｏｃｋｗａｖｅｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｗｉｔｈｓｅｐａｒａｔｉｏｎ１．２壁面压力入射激波致边界层分离流场的壁面压力分布如图３所示，分离点Ｓ上游的ｉ点（干扰起始点）压力即开始增加，对应干扰起始点压力ｐｉ，通常近似认为ｐｉ等于来流压力。伴随分离阶段，压力历经第一个突增，分离阶段下游接着为分离流动的典型压力平台段。激波穿越边界层内的外部区域，但是内部亚声速流不能承受较大的压力梯度，因而局部形成一个近似等压边界。下游伴随再附阶段，压力经历第二次增加，达到最终压力峰值ｐＦ。相比分离阶段压增，再附阶段压增比较平缓［７］。图３入射激波致边界层分离流场壁面压力Ｆｉｇ．３ＷａｌｌｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄｂｙａｎｉｎｃｉｄｅｎｔｓｈｏｃｋｗａｖｅｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｗｉｔｈｓｅｐａｒａｔｉｏｎＣｈａｐｍｅｎ等［
分离激波、干扰点膨胀波、分离泡以及再附激波。工程实际中已知的参数通常包括来流马赫数、干扰点雷诺数以及入射激波强度。由此需要获得各区流动参数、各干扰波的方向和强度以及压力沿壁面分布等。图２入射激波致边界层分离流场结构Ｆｉｇ．２Ｓｋｅｔｃｈｏｆｔｈｅｆｌｏｗｉｎｄｕｃｅｄｂｙａｎｉｎｃｉｄｅｎｔｓｈｏｃｋｗａｖｅｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｗｉｔｈｓｅｐａｒａｔｉｏｎ１．２壁面压力入射激波致边界层分离流场的壁面压力分布如图３所示，分离点Ｓ上游的ｉ点（干扰起始点）压力即开始增加，对应干扰起始点压力ｐｉ，通常近似认为ｐｉ等于来流压力。伴随分离阶段，压力历经第一个突增，分离阶段下游接着为分离流动的典型压力平台段。激波穿越边界层内的外部区域，但是内部亚声速流不能承受较大的压力梯度，因而局部形成一个近似等压边界。下游伴随再附阶段，压力经历第二次增加，达到最终压力峰值ｐＦ。相比分离阶段压增，再附阶段压增比较平缓［７］。图３入射激波致边界层分离流场壁面压力Ｆｉｇ．３ＷａｌｌｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄｂｙａｎｉｎｃｉｄｅｎｔｓｈｏｃｋｗａｖｅｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｗｉｔｈｓｅｐａｒａｔｉｏｎＣｈａｐｍｅｎ等［２１］基于大量的试验数据，发现分离流动的一些特点并不依赖于引起分离的形式。并把这种不受下游几何形状影响也不受引起分离的形式的影响的干扰叫做“自由干扰”，同时对于这种干扰给出简单的理论分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]Bump进气道中鼓包诱导的激波/边界层干扰特性[J]. 王娇,谭慧俊,黄河峡. 航空动力学报. 2018(01)
[2]压缩拐角激波/边界层干扰的可压缩湍流模型研究[J]. 宋友富,徐晶磊,张扬,白俊强,李蒙. 推进技术. 2017(02)
[3]含激波的湍流流动高精度大涡数值模拟方法（英文）[J]. D.V.Kotov,H.C.Yee,A.Wray,A.Hadjadj,B.Sjgreen. 空气动力学学报. 2016(02)
[4]转捩对压缩拐角激波/边界层干扰分离泡的影响[J]. 童福林,李新亮,唐志共,朱兴坤,黄江涛. 航空学报. 2016(10)
[5]基于DES方法的高超声速激波/边界层干扰的双微楔控制数值研究[J]. 董祥瑞,陈耀慧,董刚,刘怡昕. 航空学报. 2016(06)
[6]高超声速激波/边界层干扰流动数值模拟研究[J]. 龚安龙,刘周,杨云军,周伟江. 空气动力学学报. 2014(06)
博士论文
[1]高精度方法在激波/边界层干扰及转捩问题中的应用研究[D]. 赵云飞.国防科学技术大学 2015
本文编号：3408220
【文章来源】：空气动力学学报. 2019,37(05)北大核心CSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
图１超燃冲压发动机示意图［１］Ｆｉｇ．１Ｓｃｒａｍｊｅｔｓｃｈｅｍａｔｉｃ［１］
切层并反射为膨胀波，使得自由剪切层向壁面偏转，到达再附点Ｒ，Ｒ下游流体转为与壁面平行，产生压缩波系，压缩波系合并为再附激波［７］。因此，已知的主要结构包括入射激波、边界层、分离激波、干扰点膨胀波、分离泡以及再附激波。工程实际中已知的参数通常包括来流马赫数、干扰点雷诺数以及入射激波强度。由此需要获得各区流动参数、各干扰波的方向和强度以及压力沿壁面分布等。图２入射激波致边界层分离流场结构Ｆｉｇ．２Ｓｋｅｔｃｈｏｆｔｈｅｆｌｏｗｉｎｄｕｃｅｄｂｙａｎｉｎｃｉｄｅｎｔｓｈｏｃｋｗａｖｅｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｗｉｔｈｓｅｐａｒａｔｉｏｎ１．２壁面压力入射激波致边界层分离流场的壁面压力分布如图３所示，分离点Ｓ上游的ｉ点（干扰起始点）压力即开始增加，对应干扰起始点压力ｐｉ，通常近似认为ｐｉ等于来流压力。伴随分离阶段，压力历经第一个突增，分离阶段下游接着为分离流动的典型压力平台段。激波穿越边界层内的外部区域，但是内部亚声速流不能承受较大的压力梯度，因而局部形成一个近似等压边界。下游伴随再附阶段，压力经历第二次增加，达到最终压力峰值ｐＦ。相比分离阶段压增，再附阶段压增比较平缓［７］。图３入射激波致边界层分离流场壁面压力Ｆｉｇ．３ＷａｌｌｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄｂｙａｎｉｎｃｉｄｅｎｔｓｈｏｃｋｗａｖｅｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｗｉｔｈｓｅｐａｒａｔｉｏｎＣｈａｐｍｅｎ等［
分离激波、干扰点膨胀波、分离泡以及再附激波。工程实际中已知的参数通常包括来流马赫数、干扰点雷诺数以及入射激波强度。由此需要获得各区流动参数、各干扰波的方向和强度以及压力沿壁面分布等。图２入射激波致边界层分离流场结构Ｆｉｇ．２Ｓｋｅｔｃｈｏｆｔｈｅｆｌｏｗｉｎｄｕｃｅｄｂｙａｎｉｎｃｉｄｅｎｔｓｈｏｃｋｗａｖｅｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｗｉｔｈｓｅｐａｒａｔｉｏｎ１．２壁面压力入射激波致边界层分离流场的壁面压力分布如图３所示，分离点Ｓ上游的ｉ点（干扰起始点）压力即开始增加，对应干扰起始点压力ｐｉ，通常近似认为ｐｉ等于来流压力。伴随分离阶段，压力历经第一个突增，分离阶段下游接着为分离流动的典型压力平台段。激波穿越边界层内的外部区域，但是内部亚声速流不能承受较大的压力梯度，因而局部形成一个近似等压边界。下游伴随再附阶段，压力经历第二次增加，达到最终压力峰值ｐＦ。相比分离阶段压增，再附阶段压增比较平缓［７］。图３入射激波致边界层分离流场壁面压力Ｆｉｇ．３ＷａｌｌｐｒｅｓｓｕｒｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｉｎｄｕｃｅｄｂｙａｎｉｎｃｉｄｅｎｔｓｈｏｃｋｗａｖｅｂｏｕｎｄａｒｙｌａｙｅｒｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎｗｉｔｈｓｅｐａｒａｔｉｏｎＣｈａｐｍｅｎ等［２１］基于大量的试验数据，发现分离流动的一些特点并不依赖于引起分离的形式。并把这种不受下游几何形状影响也不受引起分离的形式的影响的干扰叫做“自由干扰”，同时对于这种干扰给出简单的理论分析
【参考文献】：
期刊论文
[1]Bump进气道中鼓包诱导的激波/边界层干扰特性[J]. 王娇,谭慧俊,黄河峡. 航空动力学报. 2018(01)
[2]压缩拐角激波/边界层干扰的可压缩湍流模型研究[J]. 宋友富,徐晶磊,张扬,白俊强,李蒙. 推进技术. 2017(02)
[3]含激波的湍流流动高精度大涡数值模拟方法（英文）[J]. D.V.Kotov,H.C.Yee,A.Wray,A.Hadjadj,B.Sjgreen. 空气动力学学报. 2016(02)
[4]转捩对压缩拐角激波/边界层干扰分离泡的影响[J]. 童福林,李新亮,唐志共,朱兴坤,黄江涛. 航空学报. 2016(10)
[5]基于DES方法的高超声速激波/边界层干扰的双微楔控制数值研究[J]. 董祥瑞,陈耀慧,董刚,刘怡昕. 航空学报. 2016(06)
[6]高超声速激波/边界层干扰流动数值模拟研究[J]. 龚安龙,刘周,杨云军,周伟江. 空气动力学学报. 2014(06)
博士论文
[1]高精度方法在激波/边界层干扰及转捩问题中的应用研究[D]. 赵云飞.国防科学技术大学 2015
本文编号：3408220
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