《高超聲速邊界層轉捩建模及數值模擬研究》是依託北京航空航天大學，由宋博擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：高超聲速邊界層轉捩建模及數值模擬研究
- 依託單位：北京航空航天大學
- 項目負責人：宋博
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
高超聲速邊界層轉捩現象長期以來一直是高超聲速飛行器空氣動力學的關鍵課題之一。現有的各類轉捩預測方法用於高超聲速邊界層轉捩位置的估算時均存在不同程度的局限或缺陷。.本項目以數值模擬為手段開展高超聲速來流條件下鈍頭體邊界層轉捩的機理研究，並通過引入層流脈動能（laminar kinetic energy）輸運方程建立適用於高超聲速鈍頭體的轉捩預測模型，同時構建可模擬所建立的理論模型的計算方法和相應的軟體。在此基礎上，開展邊界層轉捩的Reynolds數和攻角等效應的參數研究，分析典型參數對轉捩的影響，探索轉捩的物理機理及參數的影響機制。.高超聲速鈍頭體邊界層轉捩的機理和建模研究是其難點。本項研究是國內首次通過引入層流脈動能輸運方程而開展的本領域的較系統的研究；在轉捩預測建模、數值模擬參數研究等方面均有所創新。
結題摘要
高超聲速邊界層轉捩是高超聲速流動的重要現象，轉捩位置的準確預測是轉捩研究的關鍵課題。直接數值模擬和大渦模擬受到計算機條件和算法的制約而難以廣泛用於飛行器的工程設計中，轉捩模型仍是當前開展高超聲速飛行器邊界層轉捩數值模擬研究的主要手段。但當前的高超聲速邊界層轉捩模型多由不可壓縮模型進行經驗性的可壓縮修正得來，而超/高超聲速條件下的邊界層轉捩機制與亞聲速時完全不同，並且隨著Mach數的增加，流動的可壓縮性顯著增強，經驗修正的結果將難免出現較大的誤差。 本項目通過數值模擬研究開展高超聲速鈍頭體邊界層轉捩的原理性研究，建立了可用的高Mach數繞流邊界層的轉捩位置預測模型，標定了模型係數，並開發了層流-轉捩-湍流全過程模擬的套用軟體。 套用上述模型進行了高超聲速邊界層轉捩的Reynolds數效應、攻角效應和燒蝕效應的數值模擬參數研究。計算結果揭示了Reynolds和攻角對高超聲速邊界層轉捩位置的影響規律，即單位Reynolds數增大可使轉捩提前發生；攻角效應對模型迎、背風面的轉捩影響趨勢不同，迎風面上轉捩延遲，背風面上則提前；燒蝕外形上的轉捩過程不是由第二模態主導，而可能是bypass/第二模態轉捩。同時，計算結果與實驗數據的良好吻合也驗證了所採用的理論模型和所建立的算法是可靠的。 作為實際套用的演示，對高超聲速燒蝕外形開展了層流－轉捩－湍流全過程的數值模擬。計算結果顯示了轉捩區流場的顯著變化，也表明了本文所建立的轉捩模型及軟體可初步套用於工程問題的模擬計算。
