超声速进气道起动与不起动的流动特征结构的机理分析

基于Wagner等实验的超声速进气道模型,采用RANS-SST计算方法分析超声速进气道起动和不起动流场特性。通过拓宽计算域和采用来流边界层自由发展方法,准确预测了典型的进气道不起动过程中可能出现的周期性振荡流现象,包括进气道内部高压的产生和降低、下壁面大尺度分离泡的膨胀收缩和迁移,并伴随不起动激波的传播。进气道完全起动状态(末端活门挡板角度β=0°)时得到的波系结构、壁面压强和流向速度分布计算结果与实验测量值相吻合;不起动状态(β=28°)时流场的振荡周期和振幅与实验结果一致。对进气道不起动的非定常流场进行动态模态分解,发现了3个特征频率:主频f 1=69.8 Hz的流场模态揭示了进气道出口的压强振荡最强,而入口及上壁面的速度振荡最强;二倍频f 2=139.7 Hz和三倍频f 3=209.5 Hz捕捉到的流场模态主要是离散的小尺度高能结构。在不起动状态的振荡过程中,进气道入口外部流场产生了较大的速度和压力脉动,所以对进气道内外流场相互作用的准确描述是预测不起动状态振荡流动的重要因素。

侧压式进气道动态攻角特性的风洞实验

为了研究攻角导致的来流条件非定常变化对高超声速进气道性能的影响，以一个设计马赫数为6的侧压式进气道为研究对象，结合数值模拟的方法，在马赫数为3．85条件下进行了攻角动态变化的风洞实验，攻角变化范围为0°～8．2°，最大频率达到10．4Hz．研究结果表明：工作在大攻角时，侧压式进气道出现不起动现象，流场特征出现很大变化；攻角动态变化时，进气道重复出现起动一不起动再起动现象，由于受到壁面运动的影响，壁面点压力随攻角的变化曲线出现一定的迟滞现象，这在不起动时尤为明显；当进气道攻角动态频率增加时，进气道不起动时的攻角逐渐增加，而再起动时的攻角逐渐减小．