若干典型高超聲速激波干擾流動特性研究.pdf_第1頁
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文檔簡介

1、在吸氣式高超聲速飛行器關鍵難題攻關中,前體進氣道流動中激波-激波干擾帶來的熱、力載荷問題是需要予以關注的重要一環(huán)。激波干擾會產生復雜的流場波系結構,引起流動分離、再附、射流沖擊等,造成流動非定常振蕩,壁面局部區(qū)域壓力和熱流大幅升高,進而影響飛行器進氣道的性能和結構的安全性。因此,研究激波干擾不僅對高超聲速飛行器的降熱和減阻設計有重要的工程指導意義,同時有助于對可壓縮流動機理的認識。
  本文針對高超聲速進氣道唇口位置可能出現的激波

2、干擾問題,采用簡化構型,以激波風洞為實驗平臺,結合數值模擬開展研究,考察了激波干擾的流場結構和干擾區(qū)域壁面熱流、壓力分布,討論了構型幾何參數及來流條件對流動特性的影響,著重分析了流動中的非定常振蕩現象及高熱流形成機理。主要的工作與取得的成果如下:
  1、數值模擬了高超聲速第Ⅳ類激波-激波干擾,分析了非定常振蕩過程中擾動的傳播及其對波系結構的影響,進-步認識了振蕩機制,考察了粘性、入射激波強度、激波干擾點位置和鈍頭體外形對流動中的

3、非定常振蕩及壁面壓力、熱流分布的影響。結果表明:來流條件和鈍頭體外形不同,第Ⅳ類激波干擾可能出現非定常振蕩,也可能呈現穩(wěn)定狀態(tài);無粘特征在激波干擾流動中起主導作用;入射激波強度增大或鈍頭體外形變鈍,熱、力載荷有增大的趨勢,Strouhal數則會減小,弓形激波的脫體距離是影響Strouhal數的主要因素;合理選擇鈍頭體外形可望有效地降低激波干擾帶來的脈動熱、力載荷;降低來流馬赫數,第Ⅳ類激波干擾的非定常振蕩現象明顯減弱。
  2、研

4、究了帶凹腔鈍頭體第Ⅳ類激波干擾的流動特征,考察了迎風凹腔的引入對流動非定常振蕩特性的影響。實驗上,在激波風洞中采用高速紋影方法獲得具有時間分辨率的流場照片,采用高頻響壓力傳感器獲得凹腔底部脈動壓力信號。數值模擬結果與實驗結果在流場結構和非定常振蕩頻率方面吻合較好。超聲速射流與迎風凹腔的相互作用對激波振蕩起到了關鍵作用:射流遠離凹腔時,二者相互作用不明顯,流動呈現較為穩(wěn)定的干擾結構;射流沖擊凹腔時,第Ⅳ類激波干擾呈現出兩種明顯不同的振蕩模

5、式—高頻前后振蕩模式和低頻上下振蕩模式。此外,三維效應對非定常振蕩實驗結果有著不可忽視的影響。
  3、研究了高超聲速三維內收縮式進氣道V形鈍化唇口位置的激波干擾。唇口簡化為V形前緣構型,采用數值模擬為主的方法,結合激波風洞實驗分析了激波干擾的流場結構和壁面熱流分布,重點研究了V形前緣幾何參數和來流條件的影響。結果表明:在流場結構方面,實驗紋影和數值模擬結果吻合較好。激波干擾產生了復雜的波系結構,包括規(guī)則反射和馬赫反射,并引起壁面

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