高超声速圆锥边界层失稳条纹结构实验研究

发布时间：2025-01-17 09:59

　　 边界层转捩的准确预测是高超声速飞行面临的关键气动问题之一。为研究高超声速边界层失稳和转捩机理,以前缘半径1.6mm、半锥角7°的圆锥模型为研究对象,在FD-07高超声速风洞中采用红外热图技术开展边界层转捩实验测量。通过与工程计算结果对比,确认模型表面边界层流态。实验结果表明:有迎角条件下,模型表面中后段出现条纹结构,条纹结构的起始位置随着周向角的增加而向上游移动;随着迎角的增加,条纹起始位置向上游移动,条纹强度差异和条纹与模型中心线的夹角越来越大。实验获得的条纹结构与不同频率扰动波相互作用直接数值模拟获得的条纹结构现象一致。通过对比分析,认为边界层内不同频率扰动波相互作用是产生条纹结构的一种机制。

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【部分图文】：

图1 圆锥模型及风洞实验照片

实验在中国航天空气动力技术研究院FD-07常规高超声速风洞[24]中进行，该风洞是暂冲、下吹自由射流式风洞（图3）。喷管出口直径0.5m，马赫数范围4～8，通过更换喷管改变来流马赫数。实验段内安装变迎角机构，迎角变化范围为-15°～50°。实验段侧壁开有Φ350mm窗口，通过更换....

图3 FD-07高超声速风洞

图2周向角的定义示意图2.2红外热图测量系统

图4 红外热图测量系统

红外热像仪采用制冷型MCT探测器，光谱范围为3.7～4.8μm，热灵敏度<25mK，测温精度为±1℃，像素640×512，测温范围-10～1200℃，镜头焦距25mm，帧频最高达120Hz。红外热图测量系统如图4所示。模型表面发射率、红外窗口透射率和模型材料的热物性参数均由具有检....

图5 圆锥模型中心线热流分布（0°迎角）

采用“厚壁模型”数据处理方法[25]计算获得的0°迎角下圆锥模型表面中心线热流分布如图5所示，在X<0.35m区域，测量获得的中心线热流与工程算法[25]层流热流吻合较好，在X≈0.35m位置，中心线热流开始升高，直到模型尾部，一直呈升高趋势，说明在X<0.35m的区域圆锥模型....

本文编号：4027923