高超聲速邊界層流動轉(zhuǎn)捩是近期空氣動力學(xué)研究的熱點問題。對于環(huán)境擾動較小的自然轉(zhuǎn)捩過程,穩(wěn)定性分析已被證明是研究擾動演化的重要手段。另一方面,高超聲速邊界層內(nèi)的溫度會隨著馬赫數(shù)的升高而快速上升,極高的溫度會引起所謂的高溫真實氣體效應(yīng),使得量熱完全氣體假設(shè)失效,從而對邊界層穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)捩產(chǎn)生影響。本文針對高溫?zé)峄瘜W(xué)非平衡氣體,利用空氣5組分模型開展了平板邊界層的線性穩(wěn)定性分析,重點研究了熱化學(xué)過程對模態(tài)穩(wěn)定性的影響,并探究了邊界層離散譜模態(tài)的演化和同步過程。研究表明,對于由第二模態(tài)主導(dǎo)的高超聲速二維邊界層:（1）擾動相比基本流更趨向于熱化學(xué)凍結(jié)態(tài);（2）擾動方程中新出現(xiàn)的非平衡源項的擾動項對穩(wěn)定性影響很小,非平衡過程主要是通過改變基本流剖面來間接影響穩(wěn)定性;（3）聲速是影響第二及更高模態(tài)的重要參數(shù),熱化學(xué)平衡態(tài)假設(shè)引起的聲速計算式的變化能夠解釋邊界層溫度和厚度降低時第二模態(tài)頻率反而降低的非常規(guī)趨勢。 

【文章來源】：空氣動力學(xué)學(xué)報. 2020,38(02)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：10 頁

【部分圖文】：

不同來流擾動幅值下轉(zhuǎn)捩路徑示意圖[1]

圖2 標(biāo)準(zhǔn)大氣壓下空氣發(fā)生振動能激發(fā)和化學(xué)反應(yīng)的溫度范圍[4]綜合來看，熱化學(xué)非平衡效應(yīng)對高超聲速邊界層的穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)捩過程有重要影響，但相關(guān)研究依然是有限和不充分的。本文旨在利用線性穩(wěn)定性框架，分析熱化學(xué)非平衡平板邊界層離散譜模態(tài)的演化特性，并嘗試探究不同熱化學(xué)過程如何對不穩(wěn)定模態(tài)的增長率和頻率產(chǎn)生影響。

再驗證穩(wěn)定性計算結(jié)果。首先選取Bitter[17]的熱非平衡、化學(xué)凍結(jié)的極冷壁平板算例，來流條件為馬赫數(shù)4.5、靜溫1500K，靜壓10kPa，壁溫為300K。比較流向位置Reδ=2000處的模態(tài)演化過程如圖5所示。由于冷壁效果，此時F模態(tài)成為了不穩(wěn)定模態(tài)，且在ω>0.48后成為超聲速模態(tài)，引起了增長率曲線的拐折。圖5 馬赫數(shù)4.5熱非平衡極冷壁平板的增長率和相速度驗證

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩研究現(xiàn)狀與趨勢[J]. 楊武兵,沈清,朱德華,禹旻,劉智勇.  空氣動力學(xué)學(xué)報. 2018(02)
[2]高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢[J]. 陳堅強(qiáng),涂國華,張毅鋒,徐國亮,袁先旭,陳誠.  空氣動力學(xué)學(xué)報. 2017(03)
[3]高溫空氣傳輸特性對邊界層穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)捩預(yù)測的影響[J]. 萬兵兵,韓宇峰,樊宇,羅紀(jì)生.  航空動力學(xué)報. 2017(01)
[4]平衡空氣模型的流動穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)捩預(yù)測[J]. 樊宇,萬兵兵,韓宇峰,羅紀(jì)生.  航空動力學(xué)報. 2016(07)



本文編號：3332720