同侧双扫掠激波/湍流边界层干扰特性研究

论文摘要

超/高超声速进气道内普遍存在多扫掠激波/边界层干扰现象,其将在进气道内诱导产生大尺度的三维流动分离,使当地的低能流堆积,形成局部高热流区,对进气道的气动性能和结构强度均有不利的影响。鉴于此,本文结合数值仿真和风洞试验手段,对同侧双扫掠激波/湍流边界层干扰开展研究。首先,将实际进气道内的多扫掠激波/边界层干扰抽象并简化成同侧双扫掠激波/边界层干扰模型,通过仿真获得了双扫掠激波/边界层干扰的三维流动结构和基本流动特性。发现双扫掠激波/边界层干扰形成的两个干扰区存在明显的相干现象,虽然第一道扫掠激波/边界层干扰流动仍具有典型的准锥形相似特性,但第二道扫掠激波/边界层干扰却不再具备该特性。两个干扰区形成了各自的λ波和旋涡结构,并且沿着流向相互汇聚,最终合并为单个更强的λ波和旋涡结构。其次,设计了多组两道激波的强度组合方案,利用仿真方法研究了上下游干扰区相互耦合干扰机制和影响规律。结果表明,下游激波强度的增加将增大下游对上游的干扰范围并迫使上游低能流的展向偏折角增大,但在等压升梯度条件下,下游对上游的干扰范围则由距离和压升交替主导。而上游干扰的增强,一方面将缩小下游的干扰范围,并使整个旋涡干扰区的横截面形状由扁平的梯形逐渐向高陡的三角形发展,另一方面会使得下游的流动特性发生改变,甚至导致下游的分离模式发生突变,但对下游干扰区的再附特性影响甚微。然后,在保证模型总偏转角和来流条件不变的前提下,仿真研究了不同激波配置方案对双扫掠激波/边界层干扰现象的影响规律。发现随着第一级压缩角的增加或第一级压缩面长度的缩短,两道扫掠激波共同作用形成的干扰区的尺度和壁面压力均逐渐增大,因此在进气道设计中,在第一道激波强度大于第二道的前提下应尽量减小第一级压缩角或尽量增大第一级压缩面长度。最后,设计并加工了同侧双尖鳍/平板试验模型,利用测压和油流两种试验手段对双扫掠激波/边界层干扰现象进行了流场测量和观测,获得了双扫掠激波/边界层干扰流动区域详实的压升分布特性以及清晰的近壁流动拓扑,验证了仿真方法的准确性,得出与仿真相同的结论。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 注释表
• 缩略词
• 第一章 绪论
•   1.1 研究背景
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 直立尖鳍（SUF）
•     1.2.2 后掠尖鳍（SSF）和半锥（SC）
•     1.2.3 扫掠压缩拐角（SCR）
•     1.2.4 轴向压缩拐角（AC）
•     1.2.5 异侧双尖鳍（DSF）
•   1.3 本文研究内容
• 第二章 同侧双扫掠激波/边界层干扰基本流动特性研究
•   2.1 几何模型
•   2.2 数值仿真方法
•     2.2.1 计算方法简介
•     2.2.2 网格敏感性分析
•     2.2.3 算例验证
•   2.3 研究方案及来流条件
•   2.4 同侧双扫掠激波/边界层干扰流动相似特性研究
•     2.4.1 表面流动模式
•     2.4.2 壁面压力分布
•   2.5 同侧双扫掠激波/边界层干扰三维流动结构研究
•     2.5.1 三维波系结构及横向流动结构
•     2.5.2 三维旋涡结构和空间流线结构
•   2.6 本章小结
• 第三章 同侧双扫掠激波/边界层干扰上下游干扰区相互耦合作用研究
•   3.1 研究方案与几何模型
•   3.2 下游干扰区对双扫掠流场特性的影响规律
•     3.2.1 上游主分离、下游“未分离/主分离”模式
•     3.2.2 上游二次分离、下游“未分离/主分离”模式
•   3.3 上游干扰区对双扫掠流场特性的影响规律
•     3.3.1 上游主分离/二次分离、下游“未分离”模式
•     3.3.2 上游主分离/二次分离、下游“主分离”模式
•   3.4 本章小结
• 第四章 激波配置对同侧双扫掠激波/边界层干扰特性影响研究
•   4.1 研究方案与几何模型
•   4.2 激波气动配置影响规律研究
•   4.3 激波几何配置影响规律研究
•   4.4 本章小结
• 第五章 同侧双扫掠激波/边界层干扰的试验研究
•   5.1 试验模型
•   5.2 试验设备
•     5.2.1 超声速流动机理试验台
•     5.2.2 测试系统
•   5.3 试验结果分析
•     5.3.1 测压结果
•     5.3.2 油流结果
•   5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
•   6.1 结论
•   6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 盛发家

导师: 谭慧俊

关键词: 同侧双扫掠激波,湍流边界层干扰,准锥形相似,上下游干扰区相互耦合干扰,激波配置,风洞试验

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,航空航天科学与工程

单位: 南京航空航天大学

基金: 国家自然科学基金重点项目(11532007):超声速进气道中的激波,湍流边界层干扰现象及其控制研究

分类号: V211

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.000681

总页数: 95

文件大小: 9027K

下载量: 47