基于DES方法的高超声速激波∕边界层干扰的双微楔控制数值研究

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJun．252016V01．37No．61771．1780ISSN1000．6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxbbuaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn基于DES方法的高超声速激波／边界层干扰的双微楔控制数值研究董祥瑞，陈耀慧*，董刚，刘怡昕南京理工大学瞬态物理重点实验室，南京210094摘要：高超声速飞行器在流场中通常会伴随激波／边界层干扰(SWBLI)，其引发的流动分离将导致进气道性能下降。采用湍流离散涡模拟(DES)方法、结合有限体积离散方法与自适应网格加密(AMR)技术对来流马赫数

2、为7．0的流场中SWBI。I诱导的流动分离进行数值模拟，并分别采用单、双微楔对其进行控制。针对流场结构、近壁面流向速度、压力梯度及总压损失等参数，分析讨论了不同双微楔流向安装位置对SWBLI的控制效果。研究结果表明：双微楔产生的流向涡对与涡对之间的相互诱导促进了各自流向涡对之间的卷吸作用，使得双微楔对分离气泡的消除效果优于单只微楔；流动总压损失系数随着微楔后缘与分离气泡中心的距离的减小呈先减小后增加的趋势；综合讨论流向涡强度与形状阻力的影响，得到了双微楔最佳流向安装位置。关键词：高超声速；激波／边界层干扰；分离气泡；双微楔；流向涡中图分类号：V211．t+4文献标识码：A文章编号：1000—6

3、893(2016)06一1771—10在超声速及高超声速流场中，飞行器表面凸起器件所产生的激波与其边界层相互作用诱导的流动分离，对其表面及发动机工作性能将产生不良影响，例如局部压力和热载荷升高、飞行阻力增加、升力降低、总压损失增加甚至造成发动机无法启动等。因此，流动分离及控制技术对超声速及高超声速飞行器的研制与性能优化具有重要意义。同时，激波／边界层相互作用所诱发的复杂流动现象及控制机理涉及流体力学、空气动力学、热力学等诸多领域，具有十分重要的研究意义。激波／边界层干扰(SWBI。I)现象最早发现于1939年，Ferri和Atti[11在超声速风洞试验中首次观察到机翼后缘附近SWBLI导致的边

4、界层分离现象。1971年，MacCormaek[z3首次开展了数值模拟方面的工作，其关于二维及三维压缩拐角诱导的激波与层流边界层相互作用的模拟取得了突破性的进展。目前针对SWBLI现象的控制主要有边界层吹除[3]、吹吸口。5]、循环控制[6]、等离子体控制口伽以及涡流发生器控制[9103等方式，其中，被动式微型涡流发生器(MVG)以其构造简单、安装方便、无需供电、性价比高、低附加阻力、控制效率高等优点成为近几年的研究热点。初步研究表明，此类MVG的高度约为0．1～0．5倍边界层厚度，可增加边界层底层的流体能量，减少逆压梯度形成，延缓边界层流体分离，且不产生大的附加阻力。2006年，Anders

5、on等n妇通过采用响应面模型的实验方法，在雷诺Navier—Stokes收稿日期：2015—12．11；退修日期：2015-12—25；录用日期：2016—01—11；网络出版时间：2016—01-1216：15网络出版地址：WWW．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20160112．1615．006html基金项目：总装预研基金(91400300206150030143)；江苏省普通高校研究生创新计划(KYZZl5—0134)*通讯作者Tel．：025—84303236E-mail：cyh873@163．com鳓琨楂武；董祥瑞．陈耀慧．董啪．等基fDES方法的高超

6、声速激波／边界层-7：扰的理微楔控翻数值研究[Jj．航空学报．2016．37(6)：{771—1780．DONGXR．CHENYH。DONGG，eta1．DESnumericalstudyofshockwave／boundarylayerinteractionsinhypersonicflowscontrolledbydoublemicro-rampsfJJ．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica，2016，37(6)：1771·1780．航空学报Jun．252016VoI．37No．6(RANS)基础上对马赫数2．0来流条件下的3种涡流发生器——标准微叶片(M

7、icro—vane)、锥形微叶片和标准微楔(Micro—ramp)进行构型参数优化。此后，Lee等¨21分别利用RANS方法、大涡模拟(LES)方法以及单调积分大涡模拟(MI—LES)方法进行了超声速条件下微楔的相关研究，得出LES能够更好地模拟瞬时流场；同时比较了BR(基本微楔模型)、HR(微楔高度为BR的50％)和HRD(微楔高度为BR的50％，且尾缘位于初始位置与激波入射点的中心)3种微楔模