振動マッハ波による超音速境界層の受容過程に関する研究

振荡马赫波超声速边界层接收过程研究

基本信息

批准号：
14750722
负责人：
坂上昇史
金额：
$ 2.18万
依托单位：
Osaka Prefecture University
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for Young Scientists (B)
财政年份：
2002
资助国家：
日本
起止时间：
2002 至 2004
项目状态：
已结题

项目摘要

(1)振動マッハ波に対する境界層の受容性平板前縁に入射する振動マッハ波に対する超音速境界層の受容過程を数値計算によって詳しく調べた.その結果,前縁のごく近傍における撹乱は,振動Stokes層的ではなく,境界層の発達に伴う準定常的な振動であることを明らかにした.(2)超音速境界層の乱流遷移の観察・変動計測画像の輝度(明るさ)変化が密度勾配に比例するように光学系を設定したシュリーレン法により得られた画像情報から超音速境界層の密度分布、速度分布、壁面圧力分布を定量的に計測する手法を開発した.この定量化シュリーレン法を用いて超音速境界層の乱流遷移過程を画像計測し,得られたアンサンブル平均画像から,層流から乱流までの遷移全体を密度勾配の場で捉えた.層流境界層は,y/δ(境界層厚さ)=0.3〜0.4に極大値をもつ明るい帯状の領域(層流の輝線)として観察され,乱流境界層は,一様な明るさの幅広い領域の壁近傍(y/δ【less than or equal】0.1)に極大値をもつ輝線(乱流の輝線)が現れる.遷移が始まると,層流の輝線が崩壊して境界層厚さが急増し,層流境界層厚さの約20倍で乱流の輝線が現れる様子が捉えられた.遷移初期段階では,壁近傍の輝度が(最大値に対して相対的に)増す.これは,壁近傍の密度勾配が層流境界層の状態から増すことを意味し,壁近傍の速度勾配すなわち局所摩擦応力係数c_fが増加すると判断できる.境界層厚さに対する乱流の輝線の幅は,層流の輝線に比べると非常に薄く,乱流状態に達すると新たに動粘性係数vと摩擦速度u_τに支配される構造が壁近傍に形成されることに対応していると考えられる.以上のような超音速境界層の乱流遷移過程を特徴づける現象がシュリーレン法によって得られたアンサンブル平均画像によって捉えられ,定量化シュリーレン法が超音速境界層遷移の計測において非常に有効な手段であることを明らかにした.

（1）通过数值计算详细研究了振动马赫波的边界层的接收到振动马赫的超音速边界层的接收过程。结果，揭示了前缘附近的干扰不是振动的stokes层，而是与边界层开发相关的准稳态振动。（2）超音速边界层从Schlieren方法获得的图像信息的湍流过渡的观察和变化，在该方法中设置了光学系统，以使测量图像的亮度（亮度）变化与密度梯度成正比。我们开发了一种定量测量超音速边界层的密度，速度和壁压分布的方法。这种量化的Schlieren方法用于对超音速边界层的湍流过渡过程的图像进行图像，并且从获得的集合平均图像中，从层流到湍流的整个过渡被捕获在密度梯度的磁场中。层状边界层被观察为亮带样区域（层状发射线），最大值为y/δ（边界层厚度）= 0.3至0.4，湍流边界层是均匀的亮度（y/δ[Y/δ少）（Y/δS的较大]（比或最大值），最大值为0.1）。当过渡开始时，层流发射线塌陷并迅速增加边界层厚度，湍流发射线的出现约20倍层层边界层厚度的20倍。在过渡的早期阶段，壁附近的亮度增加（相对于最大值相对）。这意味着壁附近的密度梯度从层流边界层的状态增加，并且可以判断为随着壁附近的速度梯度的增加，即局部摩擦应力系数C_F增加。与湍流发射线相比，湍流发射线的宽度非常薄，据认为，当湍流状态到达湍流状态时，由运动粘度系数V控制的结构，摩擦速度U_τ形成了墙壁附近。超音速边界层中湍流过渡过程的特征的现象是由Schlieren方法获得的集合平均图像捕获的，这表明量化的Schlieren方法是测量超音速边界层跃迁的非常有效的手段。