《方形低台誘導的高超聲速邊界層轉捩機理研究》是依託中國航天空氣動力技術研究院，由紀鋒擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：方形低台誘導的高超聲速邊界層轉捩機理研究
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：紀鋒
- 依託單位：中國航天空氣動力技術研究院
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
粗糙元誘導的邊界層轉捩是高超聲速飛行器中的典型氣動問題，也是流體力學的前沿基礎問題。國內外研究者對不同形狀、不同尺寸粗糙元誘導的轉捩現象進行了大量研究，仍然缺乏對轉捩機理的深入研究與認識。在數值模擬方面，已經開展了少量工作，風洞試驗方面，還非常匱乏。本項目擬以大尺寸孤立式粗糙元方形低台為研究對象，以高超聲速風洞試驗為主，數值模擬為輔的方法開展方形低台誘導的邊界層轉捩基礎研究，取得不同高度和不同雷諾數下方形低台對邊界層轉捩的影響規律認識，獲得方形低台尾跡區脈動信號特徵及演化規律，探索粗糙元誘導邊界層轉捩的物理機理，為發展基於物理的轉捩預測方法提供理論基礎。
結題摘要
高超聲速飛行器表面的粗糙元，一般分為兩種：1）分散式，例如類似於砂紙的粗糙元，燒蝕後的表面等等；2）孤立式，包括台階、縫隙、加工工藝和安裝缺陷導致的鉚釘等，同時也包括飛行器表面與邊界層厚度同量級的低矮突起物，如電纜罩、天線窗、檢修蓋等。項目擬針對大尺寸方形低台孤立粗糙元誘導的轉捩問題，採用以地面風洞實驗為主，數值模擬為輔的研究方法開展基礎研究，探索其轉捩機理，為發展基於物理的轉捩預測方法提供理論基礎。 主要研究內容包括：（1）採用數值模擬方法對有/無粗糙元條件下的高超聲速（Ma=8）平板邊界層流動進行模擬，獲得指定工況下邊界層由層流轉捩至湍流的過程。（2）採用參數測量和流動顯示相結合的方法，在高超聲速風洞中對Mach數8條件下方形低台誘導的邊界層轉捩開展實驗研究。 取得的重要結果如下：（1）沿著方台的兩個側邊首先形成失穩帶，同時與方台下游區存在的尾跡渦發生作用，尾跡渦的破碎與流向不穩定性發生作用，產生邊界層轉捩；（2）取得了不同單位雷諾數條件下（Re=0.5E+07/m和1.0E+07/m）方台對邊界層轉捩的影響規律，單位雷諾數增加，轉捩位置明顯提前；（3）中心線脈動壓力結果顯示，方台高度增加（H=1，2，3mm），分離區增大，脈動結構能量顯著（屬於分離區低頻脈動），但並不能直接誘導轉捩。 本項目工作的科學意義在於獲得了高超聲速條件下低矮平台尾跡流動與平板邊界層相互作用的轉捩研究結果，提供了基於物理轉捩預測方法的基礎數據。
