高超聲速邊界層Görtler渦及其控制研究

《高超聲速邊界層Görtler渦及其控制研究》是依託清華大學，由符松擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高超聲速邊界層Görtler渦及其控制研究
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：符松
• 項目類別：面上項目

項目摘要

凹形壓縮面上的高超聲速邊界層的演化（如失穩、轉捩等）對高超聲速飛行的成敗與否起著十分關鍵的作用。在凹面高超聲速邊界層的失穩、轉捩過程中，Görtler渦如何演化是核心。本項目擬開展研究的目標是，獲得高超聲速邊界層Görtler模態的感受性、空間發展和二次失穩的演化機理，探究Ma數、壁溫等因素對上述過程的影響，進而提出相應的Görtler失穩轉捩的控制方法。研究將重點探討Görtler渦的二次失穩導致的轉捩。在低速條件下，一次失穩時的Görtler渦的波長往往決定二次失穩過程中出現sinuous或varicose形式的擾動。研究將揭示高超聲速邊界層二次失穩的類型、其本質特性以及關鍵的影響因素。控制Görtler渦即控制流動轉捩。研究將通過對Görtler渦對高超聲速邊界層失穩的第一、第二模態不同的影響，以及Görtler渦與邊界層條帶之間的關係，提出Görtler失穩轉捩的控制方法。

結題摘要

高速層流-湍流轉捩極大地影響飛行器氣動力與氣動熱的分布。在高速流動中，失穩、轉捩以及控制十分複雜，目前國際國內對於高速轉捩的機理仍沒有定論。Görtler渦廣泛存在於帶有曲率的邊界層流動中，在飛行器外形設計中不可避免。但現有對於Görtler渦誘導轉捩的研究僅處於起步階段，針對Görtler渦轉捩問題，項目組首次系統性的研究了Görtler渦的二次失穩，分析了壓縮性對於Görtler模態的影響，揭示了不同影響因素下Görtler條帶二次失穩的機理。進一步地，項目組發明了一種基於條帶及Görtler模態的轉捩控制方法，獨創性地為粗糙單元強制轉捩裝置提供了一種定量的設計方案，在理論及數值實驗中獲得了理想的控制效果。項目組的工作成功解決了實際工程中出現的問題，並推動了高速流動轉捩理論的發展。