二維與三維激波強幹擾的流動結構與熱流放大問題研究

《二維與三維激波強幹擾的流動結構與熱流放大問題研究》是依託清華大學，由王曉欣擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：二維與三維激波強幹擾的流動結構與熱流放大問題研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：王曉欣
• 項目類別：青年科學基金項目

項目摘要

激波干擾是高超聲速空氣動力學中重要且複雜的問題。激波干擾產生的流場結構引起干擾點處熱流顯著放大，尤其是弱激波與強激波形成的強幹擾，熱流放大問題非常突出。第四類激波干擾屬於二維強幹擾，存在IV類與IVa兩種干擾形式，引發的熱流放大存在差異。目前的研究結果尚未對兩種形式給出系統的理論分析。本項目通過理論與數值計算相結合的方法，獲得兩種形式干擾的臨界條件與熱流放大係數預測方法。斜激波與鈍舵前緣激波的干擾是高超聲速飛行器中非常典型的激波干擾形式，屬於三維強幹擾，目前對於該問題的研究結果非常有限。本項目將通過對二維第四類激波干擾理論進行三維修正，用來分析三維激波干擾對稱面流場結構及熱流峰值。本項目的研究結果將為高超聲速飛行器中典型的二維與三維激波干擾問題提供合理的分析預測方法，為飛行器結構設計與最佳化提供重要依據。

結題摘要

激波干擾是高超聲速流動中的重要流動現象，可能引起高超聲速飛行器表面顯著的壓力熱流放大，帶來巨大危害。本項目對二維及三維激波/激波干擾開展研究，通過對流場結構的數值計算和理論分析獲得各種干擾類型的精細流場結構，進而獲得干擾引起的熱流放大規律。通過對高超聲速飛行器真實流場激波干擾問題的研究將理論分析結果套用於工程。 針對二維激波干擾第IV類干擾掌握了完整的理論分析方法，實現IV類與IVa類干擾的判斷及流場參數和熱流放大倍數計算。以二維激波干擾理論為基礎，開發二維激波干擾分析可視化軟體，具有干擾類型判斷、流場結構顯示、流場及熱流參數計算功能。 開展鈍前緣脫體激波的三維激波/激波干擾研究，將二維激波干擾理論拓展至三維干擾對稱面流場。利用數值計算方法，通過改變前緣後掠角得到不同的三維激波干擾類型。對於三維IV類及IVa類干擾建立理論分析模型，預測對稱面激波三叉點位置及超音速射流的精細形態，該模型可用於判斷干擾類型並給出流場結構及熱流放大。首次發現三維第IV類干擾向第III類干擾過渡的特殊流場結構並對其開展理論分析與預測。在三維第II類與第I類干擾中發現了激波干擾的雙解現象，給出了第I類干擾、第II類干擾及雙解區間的臨界條件。 對真實高超聲速飛行器開展激波/激波干擾分析。針對兩處發生典型激波干擾的位置：前體激波與進氣道唇口豎板前緣的脫體激波干擾以及隔板豎直前緣與前體激波及附面層分離激波的干擾開展理論分析與數值計算相結合的研究。對真實流場中的激波干擾有了深入認識，並且掌握了激波干擾理論套用在真實高超聲速流場的套用方法。 以上研究成果有助於深入認識高超聲速流場的激波干擾特性。本項目中建立的理論方法已解決大量工程中的激波干擾問題。本項目開發的可視化軟體和理論分析方法在激波干擾問題的科研工作及工程套用方面均有重要的意義，為高超聲速飛行器的結構設計及熱防護提供重要依據。