高超聲速尖錐邊界層流動(dòng)穩(wěn)定性的子波分析與互雙譜分析.pdf

1、高超聲速邊界層的不穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)捩是航空航天的關(guān)鍵基礎(chǔ)問(wèn)題之一。高超聲速邊界層從層流轉(zhuǎn)捩成為湍流，可以使航天器壁面摩擦阻力和壁面熱流大幅度增加，從而對(duì)航天器的姿態(tài)控制、燃料消耗、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和熱防護(hù)產(chǎn)生重要影響。本文在自由來(lái)流馬赫數(shù)6的高超聲速風(fēng)洞中對(duì)半錐角5°的尖錐高超聲速邊界層穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)捩進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，在尖錐表面沿母線安裝了28個(gè)鉑膜熱電阻溫度傳感器，測(cè)量壁面瞬時(shí)脈動(dòng)熱流通量沿尖錐一條母線軸向的分布。
　　 本文提出了一種基于子波

2、變換的研究高超聲速邊界層穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)捩的新方法。對(duì)測(cè)量得到的壁面瞬時(shí)脈動(dòng)熱流信號(hào)進(jìn)行多尺度連續(xù)子波變換，對(duì)信號(hào)進(jìn)行子波譜、雙譜和互雙譜綜合分析，并且利用條件采樣和相位平均的方法分析了信號(hào)中第一、第二模態(tài)不穩(wěn)定擾動(dòng)沿流向的發(fā)展。
　　 本文對(duì)瞬時(shí)脈動(dòng)熱流信號(hào)進(jìn)行連續(xù)子波變換，發(fā)現(xiàn)子波系數(shù)的一些局部極大值的尺度范圍是200KHz到300KHz，對(duì)應(yīng)了第二模態(tài)擾動(dòng)。第二模態(tài)擾動(dòng)沿流向不斷發(fā)展，在測(cè)點(diǎn)X=480mm處轉(zhuǎn)捩達(dá)到峰值。條件采樣

3、方法利用子波系數(shù)為指標(biāo)，從信號(hào)中提取不穩(wěn)定擾動(dòng)信號(hào)。利用相位平均技術(shù)得到第二模態(tài)不穩(wěn)定擾動(dòng)的整體波形，擾動(dòng)的幅值先增長(zhǎng)后下降且波形發(fā)生變化，從不對(duì)稱變得對(duì)稱。
　　 本文對(duì)瞬時(shí)脈動(dòng)熱流信號(hào)進(jìn)行子波雙譜分析，發(fā)現(xiàn)流動(dòng)初期第一、第二模態(tài)擾動(dòng)在邊界層的演化中同時(shí)起作用，隨著流向位置的增加，第二模態(tài)擾動(dòng)的增長(zhǎng)率超過(guò)低頻模態(tài)。在測(cè)點(diǎn)X=480mm處非常清楚地識(shí)別到第一模態(tài)與第二模態(tài)的頻帶范圍。對(duì)信號(hào)進(jìn)行互雙譜分析，發(fā)現(xiàn)不同頻率的第二模態(tài)擾