立楔诱导的高超声速流动分离数值分析

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1、第41卷2011证第6期11月航空计算技术AeronauticalComputingTechniqueV01．4lNo．6NoV．20ll立楔诱导的高超声速流动分离数值分析吕俊明，袁湘江，王强(中国航天空气动力技术研究院，北京100074)摘要：高超声速飞行嚣进气道等关键部件引起的激波与边界层相互作用将导致流动分离．从而改变当地压力分布与局部受热情况，影响飞行稳定性与飞行安奎．因此需要升高超声速流动的分离现象进行细致研究。采用高精度5阶特征型WENO格式与3阶TVD型Runge．Kuna方法．柬解三维Na

2、vier—Stokes方程．对立楔请导的高超声速激波与边界层相互作用引起的分离流动流场结构进行了细致的数值模拟与分析。结果表明．5阶特征型WENO格式分辨率远高于类下vD格式；Ma：6时得到清晰的激渡结构、分离涡结构度其演化过程和壁面极限流线的拓扑结构．证明了WENO格式应用于高超声速分离流动的可行性与高分辨率；对不同来流Math教的对比证明Maeh敷的增大抑制流动分离．导致分离涡减小。关键词：高超声速；激渡与边界层相互作用；WENO；分离；涡结构中图分类号：V21l文献标识码：A文章编号：1671—65

3、4X(2011)06—0005．03NumericalAnalysisofHypersonicSeparatedFlowInducedbyaFinLVJun—mi“g，YUANXiang—Jiang，WANGQiang(ChinaAcademyofAerospaceAerodynamics，Beiiin9100074，Ch／na)Abstract：Separatedflowcausedbyshockwave／boundarylayerinteractionwillaffectthelocalpressur

4、edistributionandheatingenvironmentwhichcouldcompromisethestabilityandsafetyofthevehicles，SOit’Snecessaryandimportanttoinvestigatethedetailofseparatedflowstructurestohelpfindingefficientcontrolmethods．Inthispaper，fifth-ordercharacteristic—wiseWENOschemeand

5、third—orderTVDRunge-Kuttamethodwereappliedtosolvethethree—dimensionalNavier-Stokesequations，tounderstandtheflowpatterncausedbyshockwave／boundarylayerinteractioninducedbyafin．Theresultsshowedthatfifth—ordercharacteristic-wiseWENOschemewasmoreaccuratethanTv

6、Dschemesandapplicabletohypersonicseparatedflowsimulation；thestructuresoftheseparatedandattachedflowswereobtainedbystudyingthestreamlinesOilthesolidsurfaces，analysisofIhetopoiosicalpatternofstreamlinesonthecross·sectionplanesgavetheevolutionprocessofthesep

7、aratedvoflex；flowseparationcouldbereducedwhentheMachnumberofinilOWiocreasedKeywords：hypersonic；shockwave／boundarylayerinteraction；WENO；separatedflow；vonexstructure引言高超声速飞行器进气道等关键部件会引起斜激波与边界层相互作用，类似于立楔在绕流中诱导的流场。这种相互作用可引起流动分离，改变当地的压力分布、摩阻分布与热流分布，甚至产生脉动压力，尤其

8、在高超声速绕流情况下，分离流场可大大恶化受热环境。这些流场变化将影响飞行稳定性与飞行安全，严重时甚至造成飞行器失速等重大危害。因此必须深入研究流动分离机理．考虑到风洞对真实高焓高超声速流动试验的}闷难．必须发展可靠的计算程序进行精确模拟，并不断提高对高超声速流场模拟的预测精度。针对分离流动机理和特征的定性研究工作在过去几十年中被大量开展。“。张涵信给出了三维定常流动的分离条件及鞍、结点拓扑规律”o，对分析分离流态有重要指导意义