高超聲速內(nèi)外流動(dòng)激波-邊界層相互作用的實(shí)驗(yàn)與數(shù)值研究.pdf

1、在吸氣式高超聲速飛行器內(nèi)、外流場(chǎng)中，激波/邊界層相互作用是一類不可忽視的重要流動(dòng)現(xiàn)象。它會(huì)導(dǎo)致流場(chǎng)中空間波系的劇烈改變和壁面流動(dòng)分離。同時(shí)帶來飛行器氣動(dòng)力、氣動(dòng)熱負(fù)荷的分布不均勻與非定常振蕩。嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起進(jìn)氣道的不起動(dòng)，影響發(fā)動(dòng)機(jī)的正常工作。分析激波/邊界層相互作用的產(chǎn)生機(jī)理、演化規(guī)律與影響，并利用流動(dòng)控制手段加以削弱和消除壁面流動(dòng)分離，改善飛行器內(nèi)外流場(chǎng)的流動(dòng)品質(zhì)，具有十分重要的工程意義和實(shí)際價(jià)值。
　　 本文通過實(shí)驗(yàn)研究和數(shù)

2、值模擬相結(jié)合的方法，考察了多種基本構(gòu)型以及典型高超聲速進(jìn)氣道內(nèi)部的激波/邊界層相互作用現(xiàn)象。研究中考察了流場(chǎng)的空間波系結(jié)構(gòu)、邊界層內(nèi)部流動(dòng)特征以及壁面的壓力、熱流密度分布等參量。討論了流動(dòng)現(xiàn)象與構(gòu)型參數(shù)之間的關(guān)系及演化規(guī)律。分析了激波/邊界層相互作用現(xiàn)象對(duì)進(jìn)氣道工作狀態(tài)的影響。針對(duì)不同構(gòu)型條件下的激波/邊界層相互作用，討論分析了流動(dòng)控制技術(shù)對(duì)于壁面流動(dòng)分離的控制效果以及其他流動(dòng)參數(shù)的改善狀況。最后對(duì)激波/激波干擾的相關(guān)實(shí)驗(yàn)做了簡(jiǎn)要的介紹

3、。
　　 本文取得的主要結(jié)果與進(jìn)展如下:
　　 1、對(duì)二維基本構(gòu)型的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究得到了激波/邊界層相互作用誘發(fā)壁面分離隨激波強(qiáng)度變化的變化趨勢(shì)，數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)研究得到了較好的符合。針對(duì)二維斜激波/平板邊界層相互作用，考察了吹除控制手段對(duì)壁面流動(dòng)分離的控制效果和若干影響因素。得到了吹除總溫、總壓與分離區(qū)尺度以及壁面流動(dòng)參量分布的關(guān)系?？疾炝瞬煌党べ|(zhì)及多種工質(zhì)的混合物對(duì)吹除控制效果的影響，得到了若干定性的結(jié)論。

4、　　 2、在實(shí)驗(yàn)中考察了兩級(jí)壓縮的二維頂壓式進(jìn)氣道內(nèi)部激波/邊界層相互作用的流場(chǎng)特征及對(duì)進(jìn)氣道工作狀態(tài)的影響并考察了渦發(fā)生器與粗糙壁面對(duì)壓縮面交界處流動(dòng)分離的控制效果。利用數(shù)值模擬手段考察了兩種來流條件下唇口位置的流動(dòng)分離特征及抽吸手段的對(duì)壁面分離的控制效果及進(jìn)氣道內(nèi)部流動(dòng)參數(shù)的改善狀況。
　　 3、發(fā)展了新的以近壁面流動(dòng)特征為關(guān)注對(duì)象的可應(yīng)用于激波風(fēng)洞等高速空氣動(dòng)力學(xué)試驗(yàn)設(shè)備中的絲線方法，并將其應(yīng)用于三維激波/邊界層相互作用

5、的壁面流動(dòng)特征觀測(cè)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明了該方法的有效性以及簡(jiǎn)便性、實(shí)時(shí)性等優(yōu)點(diǎn)。針對(duì)平板-鰭板構(gòu)型的三維激波/邊界層相互作用的空間波系特征與壁面流動(dòng)參數(shù)分布也通過數(shù)值手段得到了考察和分析。
　　 4、利用多種流動(dòng)顯示方法觀測(cè)了三組三面壓縮進(jìn)氣道內(nèi)部的激波/邊界層相互作用現(xiàn)象，討論分析了進(jìn)氣道內(nèi)部的空間波系和壁面流動(dòng)的特征。實(shí)驗(yàn)中也考察了抽吸控制方法對(duì)進(jìn)氣道內(nèi)部壁面流動(dòng)分離的控制效果。
　　 5、最后簡(jiǎn)單討論了實(shí)驗(yàn)中得到的激波/