课题基金 / 基金详情

高超声速圆锥边界层对平面涡波的感受性研究

批准号:
12072231
项目类别:
面上项目
资助金额:
62.0 万元
负责人:
苏彩虹
依托单位:
学科分类:
湍流与流动稳定性
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
苏彩虹

项目摘要

结项摘要

苏彩虹的其他基金

相似基金

相关文献

中文摘要
边界层的转捩预测是高超声速飞行器设计中需要考虑的重要问题。由于高超声速实验难度大,很难像低速飞行器那样,有足够的实验数据来支撑半经验的预测方法。为此,需要理解转捩过程中的核心科学问题,从机理上完善预测方法。其中,边界层对外界扰动的响应,即感受性问题是必须考虑的关键问题。本项目拟针对自由流平面涡波扰动,开展高超声速圆锥边界层的感受性研究。平面涡波是高空中由大气湍流引起的速度脉动,较过去研究地比较多的声波而言,是更贴近物理现实的自由流扰动。通过理论分析和直接数值模拟相结合的方法,找到直接对感受性起主导作用的激波后的扰动,理解边界层中不稳定波激发的具体路径和内在机理。研究结果将提升对感受性机理的科学认知,完善基于物理机理的转捩预测方法。
英文摘要
Boundary-layer transition prediction is of great importance in designing hypersonic flight vehicles. Due to great difficulties of implementing hypersonic experiments, there is no enough experimental data to realize a semi-empirical method of transition prediction for high-speed flight vehicles as reliably as for their low-speed counterparts. For that purpose, one has to understand the key scientific problems involved in the process of transition, and improve the transition prediction method based on physical mechanism. Among them, the response of a boundary layer to external disturbances, i.e. receptivity is a key problem which must be considered. This project investigates the receptivity of a boundary layer over a cone to a planar free-stream vorticity. A planar vorticity is induced by the velocity fluctuations due to atmospheric turbulence. It is a more common free-stream disturbance at high altitude compared with acoustic disturbances, which have been extensively investigated previously. By means of theoretical analysis and direct numerical simulation, we will find the disturbance which plays a leading role in receptivity behind the shock, and understand the specific route through which the instability wave is excited in the boundary layer and its corresponding mechanism. The outcome of the present study will promote further understanding of receptivity mechanism, and consequently improve the transition prediction method based on physical mechanism.
准确预测高超声速边界层转捩对飞行器设计至关重要。目前的预测方法严重依赖于实验和经验,迫切需要提高转捩过程物理机理的认识,提升预测方法的科学性。本项目以高超飞行器典型头部——钝头圆锥为研究对象,对转捩过程中关键科学问题——感受性问题开展研究。过去的感受性研究为了简化计算,将实际飞行环境中的湍流脉动简化为柱状涡波,严重偏离物理实际。本项目以更贴近物理现实的平面涡波为自由流扰动,采用直接数值模拟和稳定性理论相结合的方法,对感受性开展深入的研究。项目全面完成了计划研究内容,具体包括平面涡波感受性机理、感受性系数模型以及头部钝度对感受性影响的研究。此外,基于上述认识,还为零攻角圆锥风洞实验中呈现出的三维转捩形态提供了科学解释。主要研究结果有:(1)平面涡波的感受性呈现出随周向角度变化的三维性,其周向最大的激发强度比相同幅值下的柱状涡波低约一个量级;通过分离激波后的扰动,可确认激波后的涡波是激发不稳定波的关键扰动,而熵波的作用很小。(2)根据平面涡波与周向角的关系,可将其三维感受性计算简化为二维问题,大大提高计算效率。采用该方法,建立了感受性系数随频率变化的模型,感受性系数沿周向呈余弦分布,随频率线性减小。(3)建立了头部钝度对平面涡波感受性的影响机理,发现不同钝度下感受性机理相同,但对于相同的频率,钝度增大,感受性系数减小。在上述认识的基础上,将风洞环境扰动分解成平面涡波(感受性具有周向三维性)和声波/熵波(感受性具有周向均匀性),考虑到这两种扰动之间存在的相位差,重现了风洞实验在零攻角锥上观察到的两种不同形态的三维转捩线。这表明,平面涡波感受性机理可帮助解释实验和飞行试验中复杂的转捩现象。本项目的研究结果有效提升了更贴近物理真实环境下的感受性机理的认识,提出的感受性模型有助于完善半经验的转捩预测方法,使该方法更具有科学依据。
高超声速边界层横流失稳的转捩机理研究
  • 批准号:
    11872270
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    63.0万元
  • 批准年份:
    2018
  • 负责人:
    苏彩虹
  • 依托单位:
高超声速边界层自然转捩中的感受性研究
  • 批准号:
    11472188
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    80.0万元
  • 批准年份:
    2014
  • 负责人:
    苏彩虹
  • 依托单位:
使转捩预测的e-N法从半经验方法变得更理性化的研究
  • 批准号:
    11002098
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    20.0万元
  • 批准年份:
    2010
  • 负责人:
    苏彩虹
  • 依托单位:
国内基金
海外基金