高超声速进气道中激波边界层干扰现象研究
激波/边界层干扰现象普遍存在于高超声速进气道内外流场中，是影响进气道起动性能的重要因素。通常，进气道流场中激波诱导边界层分离现象可分为两类，一类为进气道内流场的典型三角分离现象，另一类为超额定工况中前体激波与唇口边界层干扰现象。本文以高超声速进气道不起动为背景，从理论建模分析、风洞试验及数值模拟三个方面对进气道流场中激波边界层干扰现象展开了研究。 首先，对激波与充分/未充分发展的边界层干扰现象的干扰机制进行了探讨，分析了黏性干扰效应作用下的干扰流场结构，并对其进行了分类。Ⅰ类干扰流场：前缘激波与入射激波相互干扰，分离点位于弱黏性干扰区；Ⅱ类干扰流场：前缘激波与分离激波相互干扰，分离点位于弱黏性干扰区；Ⅲ类干扰流场：入射激波与分离激波干扰过程中出现马赫杆结构；Ⅳ类干扰：平板前缘出现脱体激波。基于干扰流场结构特点，分别建立了激波与充分/非充分发展的边界层干扰流场简化分析模型。假设马赫杆波后平均流动方向与两侧滑移线角度和的一半，建立了完全马赫反射理论分析模型。 其次，采用风洞试验的方法研究了层流分离流场向Ⅳ类干扰流场的转变过程，着重分析了激波无黏入射点位置、入射激波强度、尖楔尾部膨胀波等因素对干扰流场特性的影响。采用纳米粒子平面激光散射技术，获得了激波与充分/非充分发展的边界层干扰流场精细结构。采用高频压力装置，研究了分离泡流动的振荡特性。通过改变入射点位置、来流马赫数，证实了Ⅱ类干扰与Ⅲ类干扰相互转变过程中存在迟滞。 再次，针对双入射激波条件下分离流场特性展开了研究。通过大涡数值模拟，研究了双激波激波条件下分离泡的融合与分离现象，获得了这两类干扰流场的瞬时流场结构，分析了分离与融合背后的内在物理机理。研究了第二道入射激波强度、第二道入射激波入射点位置对融合分离泡结构特性的影响。 最后，选取某一构型高超声速进气道，研究了超额定工况下高超声速进气道不起动现象。通过改变飞行攻角，获得了超额定工况下进气道起动迟滞过程。基于融合分离泡的特点，提出了两类提高进气道起动性能的方案。
激波边界层干扰;分析模型;高超声速进气道
国防科学技术大学
博士
航空宇航科学与技术
刘卫东
2018
中文
V211.48
2020-04-22（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）