超聲速小攻角鈍錐邊界層穩(wěn)定性分析及轉(zhuǎn)捩預(yù)測(cè)研究.pdf

1、本文以來(lái)流馬赫數(shù)為6的小鈍度小攻角圓錐邊界層為對(duì)象，采用直接數(shù)值模擬的方法，利用流動(dòng)穩(wěn)定性理論分析了相同來(lái)流條件下多種鈍度、多個(gè)攻角的圓錐邊界層的穩(wěn)定性問(wèn)題：并用直接數(shù)值模擬的方法研究了小攻角鈍錐邊界層中小擾動(dòng)的演化過(guò)程，驗(yàn)證了線(xiàn)性穩(wěn)定性理論的結(jié)果；最后，用直接數(shù)值模擬的方法對(duì)擾動(dòng)的非線(xiàn)性演化過(guò)程進(jìn)行研究并對(duì)轉(zhuǎn)捩位置的預(yù)測(cè)進(jìn)行了初步探討。 在計(jì)算定常基本流時(shí)，對(duì)計(jì)算方案進(jìn)行了改進(jìn)，大大縮短了基本流場(chǎng)的計(jì)算時(shí)間。 通過(guò)計(jì)算

2、和分析，得到如下結(jié)論： 1.對(duì)圓錐頭部鈍度的研究結(jié)果：圓錐鈍頭使流場(chǎng)變得穩(wěn)定，不穩(wěn)定區(qū)域向后推移。鈍頭的影響范圍在300倍頭部半徑之內(nèi)，之后流場(chǎng)的穩(wěn)定性特性與尖錐的一致。 2.對(duì)小攻角圓錐邊界層的流動(dòng)穩(wěn)定性分析結(jié)果：攻角使邊界層厚度在迎風(fēng)面減小，在背風(fēng)面增加，從而改變了各子午面上不穩(wěn)定波的頻率范圍。零攻角時(shí)邊界層開(kāi)始失穩(wěn)的位置最靠下游，隨著攻角增加，開(kāi)始失穩(wěn)位置在迎風(fēng)面和背風(fēng)面均向上游移動(dòng)，在背風(fēng)面前移的較多。利用e-N

3、方法計(jì)算擾動(dòng)沿流向的增長(zhǎng)，結(jié)果表明在流向相同位置，背風(fēng)面的擾動(dòng)增長(zhǎng)更大。 3.對(duì)小擾動(dòng)演化的數(shù)值模擬的研究結(jié)果：?jiǎn)蝹€(gè)頻率的小擾動(dòng)的演化過(guò)程與流動(dòng)穩(wěn)定性理論分析的結(jié)果基本相符，這表明流動(dòng)穩(wěn)定性理論在超聲速小攻角小鈍度圓錐繞流的三維邊界層中是適用的。當(dāng)擾動(dòng)幅值超過(guò)0.07后，非線(xiàn)性的作用開(kāi)始明顯。幾個(gè)頻率的擾動(dòng)共存時(shí)，各頻率擾動(dòng)的演化發(fā)展與加單個(gè)頻率時(shí)的相同，相互作用不明顯。 4.對(duì)轉(zhuǎn)捩位置預(yù)測(cè)的數(shù)值模擬研究結(jié)果：在計(jì)算域入

4、口加較大幅值擾動(dòng)，計(jì)算域內(nèi)可以出現(xiàn)轉(zhuǎn)捩現(xiàn)象。根據(jù)擾動(dòng)的增長(zhǎng)速度和壁面摩擦系數(shù)曲線(xiàn)都可以判斷轉(zhuǎn)捩開(kāi)始的位置，這兩中方法判斷出的轉(zhuǎn)捩開(kāi)始位置基本一致。計(jì)算結(jié)果表明，轉(zhuǎn)捩位置的周向分布與計(jì)算域入口擾動(dòng)有密切的關(guān)系，改變?nèi)肟谔幍臄_動(dòng)，可以得到完全不同的分布形式。在開(kāi)始轉(zhuǎn)捩的位置附近，各頻率的擾動(dòng)幅值為來(lái)流速度的1.0～3.2％，比較分散，迎風(fēng)面和背風(fēng)面的差別也較大。但是，總的擾動(dòng)速度幅值在轉(zhuǎn)捩開(kāi)始的位置附近基本都是來(lái)流速度的5％。因此，在預(yù)測(cè)轉(zhuǎn)