激波/邊界層干擾現(xiàn)象普遍存在于高超聲速進氣道內外流場中,是影響進氣道起動性能的重要因素。通常,進氣道流場中激波誘導邊界層分離現(xiàn)象可分為兩類,一類為進氣道內流場的典型三角分離現(xiàn)象,另一類為超額定工況中前體激波與唇口邊界層干擾現(xiàn)象。本文以高超聲速進氣道不起動為背景,從理論建模分析、風洞試驗及數(shù)值模擬三個方面對進氣道流場中激波邊界層干擾現(xiàn)象展開了研究。首先,對激波與充分/未充分發(fā)展的邊界層干擾現(xiàn)象的干擾機制進行了探討,分析了黏性干擾效應作用下的干擾流場結構,并對其進行了分類。I類干擾流場:前緣激波與入射激波相互干擾,分離點位于弱黏性干擾區(qū);II類干擾流場:前緣激波與分離激波相互干擾,分離點位于弱黏性干擾區(qū);III類干擾流場:入射激波與分離激波干擾過程中出現(xiàn)馬赫桿結構;IV類干擾:平板前緣出現(xiàn)脫體激波�；诟蓴_流場結構特點,分別建立了激波與充分/非充分發(fā)展的邊界層干擾流場簡化分析模型。假設馬赫桿波后平均流動方向與兩側滑移線角度和的一半,建立了完全馬赫反射理論分析模型。其次,采用風洞試驗的方法研究了層流分離流場向IV類干擾流場的轉變過程,著重分析了激波無黏入射點位置、入射激波強度、尖楔尾部膨脹波等因素對干擾流場特性的影響。采用納米粒子平面激光散射技術,獲得了激波與充分/非充分發(fā)展的邊界層干擾流場精細結構。采用高頻壓力裝置,研究了分離泡流動的振蕩特性。通過改變入射點位置、來流馬赫數(shù),證實了II類干擾與III類干擾相互轉變過程中存在遲滯。再次,針對雙入射激波條件下分離流場特性展開了研究。通過大渦數(shù)值模擬,研究了雙激波激波條件下分離泡的融合與分離現(xiàn)象,獲得了這兩類干擾流場的瞬時流場結構,分析了分離與融合背后的內在物理機理。研究了第二道入射激波強度、第二道入射激波入射點位置對融合分離泡結構特性的影響。最后,選取某一構型高超聲速進氣道,研究了超額定工況下高超聲速進氣道不起動現(xiàn)象。通過改變飛行攻角,獲得了超額定工況下進氣道起動遲滯過程。基于融合分離泡的特點,提出了兩類提高進氣道起動性能的方案。
【學位單位】：國防科技大學
【學位級別】：博士
【學位年份】：2018
【中圖分類】：V211.48
【文章目錄】：
中文摘要
English Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 激波/邊界層干擾現(xiàn)象研究進展
        1.2.1 干擾流場研究
        1.2.2 時均干擾流場分析與建模
        1.2.3 干擾流場動態(tài)特性研究進展
    1.3 進氣道起動問題研究進展
        1.3.1 進氣道起動極限
        1.3.2 進氣道起動影響因素
        1.3.3 改善進氣道起動性能措施
    1.4 超額定工況下進氣道研究進展
    1.5 研究現(xiàn)狀小結
    1.6 本文主要研究內容
第二章 試驗裝置及數(shù)值方法
    2.1 超聲速/高超聲速自由射流風洞的設計與校測
        2.1.1 風洞系統(tǒng)整體方案
        2.1.2 風洞本體結構設計
        2.1.3 風洞加熱系統(tǒng)及攻角系統(tǒng)
        2.1.4 風洞流場的校測
    2.2 其它風洞試驗系統(tǒng)
        2.2.1 超聲速靜風洞
        2.2.2 Φ1m高超聲速風洞
    2.3 流場觀測系統(tǒng)
        2.3.1 高速紋影/陰影系統(tǒng)
        2.3.2 PIV/NPLS流場顯示系統(tǒng)
        2.3.3 測壓系統(tǒng)
    2.4 數(shù)值模擬方法
        2.4.1 瞬態(tài)可壓縮N-S控制方程
        2.4.2 雷諾平均模擬
        2.4.3 大渦數(shù)值模擬
    2.5 本章小結
第三章 激波與平板邊界層相互作用流場建模研究
    3.1 激波與平板邊界層干擾機制分析
        3.1.1 激波入射結構無黏流場分析
        3.1.2 激波與充分發(fā)展平板邊界層干擾機制分析
        3.1.3 激波與未充分發(fā)展平板邊界層干擾機制分析
    3.2 激波與充分發(fā)展平板邊界層干擾流場建模與分析
    3.3 激波與未充分發(fā)展平板邊界層干擾流場建模與分析
        3.3.1 I類及II類干擾流場結構分析
        3.3.2 III類干擾流場結構分析
        3.3.3 IV類干擾流場結構分析
    3.4 完全馬赫反射流場建模分析
        3.4.1 概述
        3.4.2 波系干擾結構
        3.4.3 馬赫桿形狀
        3.4.4 波后亞聲速區(qū)域
        3.4.5 總體模型及其驗證
    3.5 本章小結
第四章 激波與邊界層干擾流場特性試驗研究
    4.1 流場結構演化過程分析
        4.1.1 試驗模型及工況
        4.1.2 II類干擾流場向IV類干擾流場轉變過程
        4.1.3 層流分離流場向II類干擾流場轉變過程
    4.2 干擾流場影響因素分析
        4.2.1 試驗模型
        4.2.2 無黏入射點位置的影響
        4.2.3 入射激波強度的影響
        4.2.4 尖楔尾部膨脹波的影響
        4.2.5 其他影響因素
    4.3 干擾流場精細結構研究
        4.3.1 試驗裝置
        4.3.2 傳統(tǒng)激波/邊界層干擾流場精細結構
        4.3.3 I類及II類干擾流場精細結構
        4.3.4 III類干擾流場精細結構
        4.3.5 IV類干擾流場精細結構
    4.4 干擾流場振蕩特性分析
        4.4.1 試驗裝置
        4.4.2 分離泡振蕩特性
    4.5 干擾流場遲滯多解現(xiàn)象分析
        4.5.1 干擾流場臨界工況分析
        4.5.2 改變入射點位置引起的遲滯過程
        4.5.3 改變來流馬赫數(shù)引起的遲滯過程
    4.6 本章小結
第五章 雙入射激波條件下分離流場特性研究
    5.1 雙入射激波與平板前緣邊界層干擾現(xiàn)象
    5.2 雙入射激波條件下傳統(tǒng)分離流場特性分析
        5.2.1 數(shù)值計算模型
        5.2.2 分離泡瞬時流場結構分析
        5.2.3 分離泡融合分離現(xiàn)象成因分析
    5.3 雙入射激波誘導平板前緣邊界層分離流場特性分析
        5.3.1 計算分析模型
        5.3.2 第二道入射激波強度對分離泡特性影響分析
        5.3.3 第二道入射激波入射點位置對分離泡特性影響分析
    5.4 本章小結
第六章 高超聲速進氣道不起動流場研究
    6.1 高超聲速進氣道物理模型及計算方法
    6.2 高超聲速進氣道超額定工況不起動現(xiàn)象
    6.3 高超聲速進氣道遲滯過程分析
        6.3.1 馬赫6工況遲滯過程
        6.3.2 馬赫7工況遲滯過程
        6.3.3 遲滯過程分析
    6.4 控制方案分析
        6.4.1 阻斷下游逆壓梯度前傳
        6.4.2 減弱入射激波強度
    6.5 本章小結
第七章 結論與展望
致謝
參考文獻
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