激波/邊界層干擾現(xiàn)象普遍存在于高超聲速進(jìn)氣道內(nèi)外流場(chǎng)中,是影響進(jìn)氣道起動(dòng)性能的重要因素。通常,進(jìn)氣道流場(chǎng)中激波誘導(dǎo)邊界層分離現(xiàn)象可分為兩類(lèi),一類(lèi)為進(jìn)氣道內(nèi)流場(chǎng)的典型三角分離現(xiàn)象,另一類(lèi)為超額定工況中前體激波與唇口邊界層干擾現(xiàn)象。本文以高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)為背景,從理論建模分析、風(fēng)洞試驗(yàn)及數(shù)值模擬三個(gè)方面對(duì)進(jìn)氣道流場(chǎng)中激波邊界層干擾現(xiàn)象展開(kāi)了研究。首先,對(duì)激波與充分/未充分發(fā)展的邊界層干擾現(xiàn)象的干擾機(jī)制進(jìn)行了探討,分析了黏性干擾效應(yīng)作用下的干擾流場(chǎng)結(jié)構(gòu),并對(duì)其進(jìn)行了分類(lèi)。I類(lèi)干擾流場(chǎng):前緣激波與入射激波相互干擾,分離點(diǎn)位于弱黏性干擾區(qū);II類(lèi)干擾流場(chǎng):前緣激波與分離激波相互干擾,分離點(diǎn)位于弱黏性干擾區(qū);III類(lèi)干擾流場(chǎng):入射激波與分離激波干擾過(guò)程中出現(xiàn)馬赫桿結(jié)構(gòu);IV類(lèi)干擾:平板前緣出現(xiàn)脫體激波。基于干擾流場(chǎng)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),分別建立了激波與充分/非充分發(fā)展的邊界層干擾流場(chǎng)簡(jiǎn)化分析模型。假設(shè)馬赫桿波后平均流動(dòng)方向與兩側(cè)滑移線角度和的一半,建立了完全馬赫反射理論分析模型。其次,采用風(fēng)洞試驗(yàn)的方法研究了層流分離流場(chǎng)向IV類(lèi)干擾流場(chǎng)的轉(zhuǎn)變過(guò)程,著重分析了激波無(wú)黏入射點(diǎn)位置、入射激波強(qiáng)度、尖楔尾部膨脹波等因素對(duì)干擾流場(chǎng)特性的影響。采用納米粒子平面激光散射技術(shù),獲得了激波與充分/非充分發(fā)展的邊界層干擾流場(chǎng)精細(xì)結(jié)構(gòu)。采用高頻壓力裝置,研究了分離泡流動(dòng)的振蕩特性。通過(guò)改變?nèi)肷潼c(diǎn)位置、來(lái)流馬赫數(shù),證實(shí)了II類(lèi)干擾與III類(lèi)干擾相互轉(zhuǎn)變過(guò)程中存在遲滯。再次,針對(duì)雙入射激波條件下分離流場(chǎng)特性展開(kāi)了研究。通過(guò)大渦數(shù)值模擬,研究了雙激波激波條件下分離泡的融合與分離現(xiàn)象,獲得了這兩類(lèi)干擾流場(chǎng)的瞬時(shí)流場(chǎng)結(jié)構(gòu),分析了分離與融合背后的內(nèi)在物理機(jī)理。研究了第二道入射激波強(qiáng)度、第二道入射激波入射點(diǎn)位置對(duì)融合分離泡結(jié)構(gòu)特性的影響。最后,選取某一構(gòu)型高超聲速進(jìn)氣道,研究了超額定工況下高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)現(xiàn)象。通過(guò)改變飛行攻角,獲得了超額定工況下進(jìn)氣道起動(dòng)遲滯過(guò)程�；谌诤戏蛛x泡的特點(diǎn),提出了兩類(lèi)提高進(jìn)氣道起動(dòng)性能的方案。
【學(xué)位單位】：國(guó)防科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位年份】：2018
【中圖分類(lèi)】：V211.48
【文章目錄】：
中文摘要
English Abstract
第一章 緒論
    1.1 研究背景與意義
    1.2 激波/邊界層干擾現(xiàn)象研究進(jìn)展
        1.2.1 干擾流場(chǎng)研究
        1.2.2 時(shí)均干擾流場(chǎng)分析與建模
        1.2.3 干擾流場(chǎng)動(dòng)態(tài)特性研究進(jìn)展
    1.3 進(jìn)氣道起動(dòng)問(wèn)題研究進(jìn)展
        1.3.1 進(jìn)氣道起動(dòng)極限
        1.3.2 進(jìn)氣道起動(dòng)影響因素
        1.3.3 改善進(jìn)氣道起動(dòng)性能措施
    1.4 超額定工況下進(jìn)氣道研究進(jìn)展
    1.5 研究現(xiàn)狀小結(jié)
    1.6 本文主要研究?jī)?nèi)容
第二章 試驗(yàn)裝置及數(shù)值方法
    2.1 超聲速/高超聲速自由射流風(fēng)洞的設(shè)計(jì)與校測(cè)
        2.1.1 風(fēng)洞系統(tǒng)整體方案
        2.1.2 風(fēng)洞本體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
        2.1.3 風(fēng)洞加熱系統(tǒng)及攻角系統(tǒng)
        2.1.4 風(fēng)洞流場(chǎng)的校測(cè)
    2.2 其它風(fēng)洞試驗(yàn)系統(tǒng)
        2.2.1 超聲速靜風(fēng)洞
        2.2.2 Φ1m高超聲速風(fēng)洞
    2.3 流場(chǎng)觀測(cè)系統(tǒng)
        2.3.1 高速紋影/陰影系統(tǒng)
        2.3.2 PIV/NPLS流場(chǎng)顯示系統(tǒng)
        2.3.3 測(cè)壓系統(tǒng)
    2.4 數(shù)值模擬方法
        2.4.1 瞬態(tài)可壓縮N-S控制方程
        2.4.2 雷諾平均模擬
        2.4.3 大渦數(shù)值模擬
    2.5 本章小結(jié)
第三章 激波與平板邊界層相互作用流場(chǎng)建模研究
    3.1 激波與平板邊界層干擾機(jī)制分析
        3.1.1 激波入射結(jié)構(gòu)無(wú)黏流場(chǎng)分析
        3.1.2 激波與充分發(fā)展平板邊界層干擾機(jī)制分析
        3.1.3 激波與未充分發(fā)展平板邊界層干擾機(jī)制分析
    3.2 激波與充分發(fā)展平板邊界層干擾流場(chǎng)建模與分析
    3.3 激波與未充分發(fā)展平板邊界層干擾流場(chǎng)建模與分析
        3.3.1 I類(lèi)及II類(lèi)干擾流場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析
        3.3.2 III類(lèi)干擾流場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析
        3.3.3 IV類(lèi)干擾流場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析
    3.4 完全馬赫反射流場(chǎng)建模分析
        3.4.1 概述
        3.4.2 波系干擾結(jié)構(gòu)
        3.4.3 馬赫桿形狀
        3.4.4 波后亞聲速區(qū)域
        3.4.5 總體模型及其驗(yàn)證
    3.5 本章小結(jié)
第四章 激波與邊界層干擾流場(chǎng)特性試驗(yàn)研究
    4.1 流場(chǎng)結(jié)構(gòu)演化過(guò)程分析
        4.1.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ图肮r
        4.1.2 II類(lèi)干擾流場(chǎng)向IV類(lèi)干擾流場(chǎng)轉(zhuǎn)變過(guò)程
        4.1.3 層流分離流場(chǎng)向II類(lèi)干擾流場(chǎng)轉(zhuǎn)變過(guò)程
    4.2 干擾流場(chǎng)影響因素分析
        4.2.1 試驗(yàn)?zāi)Ｐ?br>        4.2.2 無(wú)黏入射點(diǎn)位置的影響
        4.2.3 入射激波強(qiáng)度的影響
        4.2.4 尖楔尾部膨脹波的影響
        4.2.5 其他影響因素
    4.3 干擾流場(chǎng)精細(xì)結(jié)構(gòu)研究
        4.3.1 試驗(yàn)裝置
        4.3.2 傳統(tǒng)激波/邊界層干擾流場(chǎng)精細(xì)結(jié)構(gòu)
        4.3.3 I類(lèi)及II類(lèi)干擾流場(chǎng)精細(xì)結(jié)構(gòu)
        4.3.4 III類(lèi)干擾流場(chǎng)精細(xì)結(jié)構(gòu)
        4.3.5 IV類(lèi)干擾流場(chǎng)精細(xì)結(jié)構(gòu)
    4.4 干擾流場(chǎng)振蕩特性分析
        4.4.1 試驗(yàn)裝置
        4.4.2 分離泡振蕩特性
    4.5 干擾流場(chǎng)遲滯多解現(xiàn)象分析
        4.5.1 干擾流場(chǎng)臨界工況分析
        4.5.2 改變?nèi)肷潼c(diǎn)位置引起的遲滯過(guò)程
        4.5.3 改變來(lái)流馬赫數(shù)引起的遲滯過(guò)程
    4.6 本章小結(jié)
第五章 雙入射激波條件下分離流場(chǎng)特性研究
    5.1 雙入射激波與平板前緣邊界層干擾現(xiàn)象
    5.2 雙入射激波條件下傳統(tǒng)分離流場(chǎng)特性分析
        5.2.1 數(shù)值計(jì)算模型
        5.2.2 分離泡瞬時(shí)流場(chǎng)結(jié)構(gòu)分析
        5.2.3 分離泡融合分離現(xiàn)象成因分析
    5.3 雙入射激波誘導(dǎo)平板前緣邊界層分離流場(chǎng)特性分析
        5.3.1 計(jì)算分析模型
        5.3.2 第二道入射激波強(qiáng)度對(duì)分離泡特性影響分析
        5.3.3 第二道入射激波入射點(diǎn)位置對(duì)分離泡特性影響分析
    5.4 本章小結(jié)
第六章 高超聲速進(jìn)氣道不起動(dòng)流場(chǎng)研究
    6.1 高超聲速進(jìn)氣道物理模型及計(jì)算方法
    6.2 高超聲速進(jìn)氣道超額定工況不起動(dòng)現(xiàn)象
    6.3 高超聲速進(jìn)氣道遲滯過(guò)程分析
        6.3.1 馬赫6工況遲滯過(guò)程
        6.3.2 馬赫7工況遲滯過(guò)程
        6.3.3 遲滯過(guò)程分析
    6.4 控制方案分析
        6.4.1 阻斷下游逆壓梯度前傳
        6.4.2 減弱入射激波強(qiáng)度
    6.5 本章小結(jié)
第七章 結(jié)論與展望
致謝
參考文獻(xiàn)
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本文編號(hào)：2854182