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《《钝锥高超声速边界层来流感受性数值研究_(论文)》》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。
1、中国科学G辑：物理学力学天文学2008年第38卷第9期：1246~1254乙》《中国科学》杂志社www.scichina.comphys.scichina.com、/scienceinchinapress钝锥高超声速边界层来流感受性数值研究张玉东傅德薰⑦，马延文°,李新亮°①屮国航天空气动力技术研究院，北京100074;②屮国科学院力学研究所，北京100190*E-mail:zyd70l@sina.com.cn收稿日期:2007-10-31;接受日期:2008-02-26国家门然科学某金资助项口（批准号：10502052,
2、10632050）关键词感受性激波装配法迎风紧致格式直接数值模拟钝锥摘要应用作者所建立的高精度非定常激波装配法，数值模拟了高超声速条件下，钝锥绕流快声波来流扰动非定常流场，研究了钝锥超声速边界层对来流扰动感受性特征，研究表明，在各种来流扰动的条件下，钝锥边界层感受到的主要是声波扰动；钝锥边界层内扰动模态，在头部附近是第一模态，向下游依次转换为第二模态、第三模态；另外随钝度减小,边界层内扰动模态的振幅增大，但有一临界值，超过临界后反而减小，并且由于曲率间断的影响，模态振幅随钝度的变化不再是单调变化的.高超声速边界层感受性是边
3、界层外部扰动（包括自由来流扰动以及由于壁面粗糙性等原因引起的扰动）进入边界层，产生边界层内扰动波的过程.感受性是层流流动发生转按必经阶段的起始阶段，边界层转採过程实质上是层流边界层流动对外界扰动的一种非线性反应巴实验研究表明，在超、高超声速边界层流动屮，來流的小扰动与弓形激波的干扰，对边界层流动的稳定性和转按特征有很强的影响些然而，来流小扰动与高超声速钝体绕流的强弓形激波的干扰使得感受性过程变得十分复杂，线性稳定性分析理论难以止确给出边界层的扰动特性.因此，采用数值模拟方法研究钝体边界层流动的感受性机理是边界层转採研究的关
4、键z—.采用数值模拟方法研究钝体边界层的感受性问题，要求数值方法能分辨出时间和空间所需物理量的尺度，且数值误差不能污染來流小扰动与激波干扰所产牛的扰动，对于来流小扰动与头激波干扰产牛扰动波问题，激波捕捉法的粘:度就不能满足要求了，因此离粘:度格式和激波装配方法，即将弓形激波作为边界进行粘确处理，是需要的.近年有Zhong和Ma^采用激波装配方法研究了抛物外形和平板绕流中边界层的感受性问题，但飞行器多为球头钝体,与抛物形钝体相比弓形激波形状冇明显差别，且形成明显的高惭j层.另外，在球头钝体E行器外形上存在有曲率间断，为考察高
5、爛层和物形曲率间断对边界层感受性的影响，为边界层的转按研究中非稳定波的幅值、频率及相位提供初始条件，木文采用基于五阶精度迎风紧致格式国和六阶精度的对称格式与三阶精度的R・K方法相结合,建立了高精度非定常激波装配方法.并用于数值模拟了钝锥高超声速边界层流动的感受性问题.1数值方法为了提高计算精度本文针对可压N・S方程，基于五阶精度迎风紧致格式和六阶精度的对称格式与三阶精度的R・K方法和结合,建立了高粘度非处常激波装配方法.仇从弱守恒型非定常特征关系式出发，建立激波边界条件，从而避免了激波函数二阶导数量的计算，提高了计算效率.
6、采用该方法，针对钝锥高超声速绕流感受性问题,研究了來流小扰动与弓形激波干扰对边界层感受过程的影响.1.1控制方程考虑一般曲线坐标系（&,〃,§）,其中"1为物面边界，11=7max为外边界，即激波边界,木文针对钝锥外形，激波装配过程中，计算网格只在〃方向拉伸或压缩变化，其他方向保持不变.由直角坐标系（x,y,z）变换到曲线坐标系（§,〃,$）下N-S方程：可厂力）+呢气亦，+灯严（阳+6G；=0drdr]d<;诡dr]c7、，_E、gx+代,©+GV^Z…_+代久+GV?]Z_尽£+代§〉,~^GV^Zv=7*v=7'v=7•本文动网格计算屮，u和不为零.1.2激波装配关系式运动激波的前后关系式：P^•〃—可二血佃/一z),M+/V1(儿-n-z)=p2n+p^2(v2n-z),PE{(Vj-w-z)+plvl-n=p2E2{v2-n-z)+p2v2n,其中p,p」，z,“分别代表压力、密度、BL角坐标系（x,”z）上的气流速度、激波速度和激波法向矢量，下标1和2分別表示激波前、后参数.在激波边界上，补充沿”方向左特征相容关系式：沿〃方
8、向特征矩阵„dEdFdGB=nHnH77-+dvxdU〉dUz其特征值分别为(呗+Vtly+WflZ+〃/)，…，("％+Vtly+W仏+U),("Z+叫+VV?7Z+〃/—CJ%2+f?2+z/2),(u%+V?7v+wqz+q+C尿+“、2+仏2),其中c为声速，取特征值叫+性+叫+a+cja?+
