带有悬臂预喷注结构的压缩斜楔流场特性研究

为给前体带有悬臂预喷注结构的吸气式高超声速飞行器进气道设计提供参考,本文设计了一种带有悬臂预喷注结构的压缩斜楔模型,采用数值仿真方法研究了该结构喷注前后的流场特性,并分析了悬臂截面形状变化以及悬臂外径变化对该流场的影响。结果表明:在楔面上设置悬臂预喷注结构,其产生的诱导激波会增加楔面激波的强度和激波角,并在悬臂下游产生一定范围的低总压区域,喷注后在悬臂喷注结构下游可获得面积较大、距壁面一定距离且氢气与空气分布较均匀的掺混区域。不同悬臂截面形状对楔面激波的影响较小,使用方形截面的悬臂结构会增加悬臂下游低总压区域的范围,但氢气与主流的掺混性能有显著提高。增加悬臂外径会使悬臂诱导激波对楔面激波的影响增加,悬臂后方低总压区域的范围增大,但在本文研究范围内对氢气与主流的掺混性能影响较小。因此,在前体带有预喷注结构的进气道设计过程,可根据要求选择合适的悬臂截面形状,而在使用圆形截面悬臂时尽可能选择较小的悬臂半径。

真实气体效应对双楔绕流流动特性的影响

为研究高马赫数下真实气体效应对双楔绕流流动特性的影响,采用量热完全气体模型和化学非平衡气体模型两种气体模型对层流流态、转捩流态、全湍流流态的双楔绕流流场进行了数值模拟,其中转捩流态计算采用基于间歇因子的γ-Reθt转捩模型,全湍流计算中采用k-ωSST湍流模型。结果表明:双楔拐角附近发生流动分离,与量热完全气体模型相比,相同流态下,化学非平衡气体模型计算得到的分离区尺寸更小。在边界层转捩位置的分析中发现,双楔拐角附近的分离区对边界层转捩有重要影响,分离激波产生的位置与边界层开始转捩的位置高度吻合,与量热完全气体模型相比,化学非平衡气体模型时的边界层转捩起始位置更靠后。针对真实气体效应下单位雷诺数、拐角角度对边界层转捩的影响规律研究发现,真实气体效应在一定程度上抑制了分离区内的转捩流动,随着单位雷诺数减小、拐角角度增大,真实气体效应对边界层转捩的影响随之增大。

一种前缘带锯齿的斜楔激波/边界层干扰

为探究三维锯齿构型对入射激波/边界层干扰流场结构的影响,对一种前缘带锯齿的斜楔/底板流场进行数值仿真分析,并总结了不同锯齿深度对流场的影响规律.结果表明:与前缘平直斜楔相比,锯齿斜楔受溢流的影响.入射激波呈现为三波系曲面结构,激波强度减弱,波角减小,流场结构后移;底板上分离区呈现出"凹"型的空间结构,分离区展向表现为中间低、两边高,流向表现为中间短,两边长.随着锯齿深度增大,流场结构更加后移,分离区的三维特性更加明显.在溢流模型中,受侧面溢流影响,对称面处的分离最大,分离区呈现出三维的"半凹"结构;对比基准溢流模型,锯齿溢流降低了入射波系强度,使侧面溢流减少.