基于边界层转捩的高超声速进气道特性研究

《基于边界层转捩的高超声速进气道特性研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、航空学报AclaAeronaulicaetAstrOnaulicaSinicaOct252012V01．33No101772．1780lSSN1000—6893CN11—1929／Vhtfp：∥hkxb．buaaeducnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000一6893(2012)10一1772一09基于边界层转捩的高超声速进气道特性研究王卫星*，郭荣伟南京航空航天大学能源与动力学院，江苏南京210016摘要：为了探索边界层非强迫转捩对进气道性能的影响，采用数值计算的方法开展了边界层转捩对轴对称混压式高超声速进气道流场特性的研究。研究表明：随

2、着进气道中心锥锥尖钝化半径增大，边界层转捩先推迟。当锥尖钝度大到一定程度时，边界层转捩位置前移。随着钝化半径进一步增大，边界层转捩再次推迟，转捩位置逐渐后移。来流湍流度越大，边界层越不稳定，边界层转捩越易发生。与湍流边界层相比，考虑边界层转捩时进气道的总压恢复系数及流量系数较高、热载荷及阻力系数较小，M矗一6．5时喉道处总压恢复系数最高上升17．3％，进气道阻力最大下降17．4％。边界层转捩对壁面热流密度分布影响较大，但对壁面压力分布影响较小。钝化影响进气道的自起动性能，随着钝化半径增大，自起动马赫数升高，而边界层转捩对进气道自起动性能影响较小。关键词：

3、转捩；边界层；进气道；高超声速；推进系统中图分类号：V211．3文献标识码：A高超声速飞行器工作状态存在三高特点，即高速、高空和高温。其中高空气体密度低、大气湍流度小，这会对飞行器壁面的边界层状态产生较大的影响。高超声速飞行器前体／进气道作为高超推进系统的主要气流压缩部件，其性能的好坏直接影响整个推进系统和飞行器的综合性能。高空气体密度低、大气湍流度小，边界层比较稳定，前体及进气道外压段第1级、第2级压缩面甚至整个压缩面边界层可能保持层流。与湍流边界层相比，层流边界层具有黏性损失小、壁面摩擦阻力小、壁面导热率低等优势，对提高进气道性能、增大推阻比及减轻热

4、载荷有利。进气道是气流压缩部件，逆压力梯度大，且存在激波及激波／边界层干扰，而层流边界层抗干扰、抗反压能力弱，压缩面边界层保持层流状态可能引发层流边界层分离，给进气道带来起动问题。x一43A为了防范层流分离及引起的进气道不起动，在外压段第1级压缩面上采取了边界层强制转捩措施[1]。前体／进气道设计中必须考虑壁面边界层状态及其对进气道性能的影响。边界层转捩一直是流体力学研究中的重点和难点，目前在转捩机理、转捩测试及转捩预测等方面已开展大量的研究工作。Lu[2]、Husmeier[3]等采用直接数值模拟(DirectNumericalSimula—tion，

5、DNS)对边界层转捩机理开展了研究。Kuntz和PotterL40介绍了不同的转捩测试技术并进行了对比分析。Swanson[⋯、Horvath[引、Tan—no口3等对圆锥上的边界层转捩开展了风洞实验研究。Orlik等豳3采用实验与数值仿真的方法研究了高超声速飞行器前体的边界层转捩。Schnei—der∞10]采用实验的方法研究了壁面粗糙度对高收稿日期：2011—11．01；退修日期：2012—03．01；录用日期：2012—04—09；网络出版时间：2012-04—2716：05网络出版地址：wwwcnkinet／kcms／detajl／111929V

6、201204271605006．hlmI*通讯作者．Tel：025—84892200—2415E．mail：wwxbaby@163com}

7、用榕武lWangwX．GuoRwstudyoff

8、owcharacteristrcsofhypersonIcin

9、etbasedonboundary

10、ayertransit}onActaAeronaut

11、caetAstronaulIcasintca。2012。33(

12、o)：1772—1780i王卫星．郭荣伟．基f边界层转捩的高超声速避气道特性研究航空学报-2042．33({O)：1772．1780王卫星等：基于边界层

13、转捩的高超声速进气道特性研究超声速边界层转捩的影响。文献[1]介绍了X一43A的强制转捩措施并对飞行数据进行了分析，指出在强制转捩装置后，压缩面边界层流态为湍流。而飞行器背风面未采取强制转捩措施，边界层流态可能为层流。符松和王亮n1。121发展了与现有计算流体力学(ComputationalFluidDynam—ics，CFD)数值计算方法相融合的转捩模型，给边界层转捩的工程预测带来了便利。但以上研究主要是针对边界层转捩机理、影响因素、测试技术及转捩模型开展的偏基础性的研究工作，而边界层转捩对高超声速进气道流场及性能的影响等未见公开报道，这也是目前工程上

14、比较关心的问题，本文将就此问题开展一些初步研究工作。1物理模型所研究进气道为定几