大后掠钝舵高超声速干扰特性实验研究

文章采用热流率测量和纹影拍摄技术,对高超声速层流湍流边界层条件下钝舵干扰流场进行了实验研究.实验在高超声速炮风洞内完成,来流Mach数为6,8.研究结果表明层流与湍流干扰流场之间存在较大差别,层流状态下干扰流场存在分离,平板干扰区内热流率存在负增量,舵面上存在明显的热流率峰值;湍流状态下干扰流场无分离,干扰对平板干扰区内热流率影响较小,舵面上无明显峰值.

高分辨率格式与钝舵绕流数值模拟

采用Ｂｅａｍ－Ｗａｒｍｉｎｇ／ＴＶＤ格式，Ｒｏｅ二阶、三阶以及四阶通量差分分裂格式数值计算雷诺平均Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程，湍流附加粘性采用Ｂａｌｄｗｉｎ－Ｌｏｍａｘ模型计算，针对超声速绕钝圆舵流动进行了数值模拟比较研究，计算给出了流场的详细结构，物面压力分布与实验值符合良好，尤其是Ｒｏｅ三阶格式给出了较好的计算结果，两个超声速回流区以及湍流边界层分离也得到了很好的数值模拟。

高超声速绕钝舵层流干扰流场特性研究

研究高超声速层流状态下的钝舵与平板干扰流场特性。通过实验模拟与数值模拟描述了干扰流场的主要特征。模型由平板与钝舵组成,舵后掠角可变。实验在高超声速炮风洞内完成,来流马赫数为7.97,单位雷诺数为5.06~5.89×106(1/m)。通过纹影照像、模型表面压力测量来进行流场结构分析和分布规律研究。数值模拟结果不仅与实验结果进行了比较,还提供了空间流场的细节。研究结果说明了层流状态下干扰流场流动特性及后掠角对流场特性的影响,随着舵前缘后掠角减小,干扰流场尺度、压力峰值载荷增大。

平板上钝舵与单喷流的超声速流耦合干扰研究

通过数值方法研究了平板上由钝舵与单股喷流引起的超声速流耦合干扰的流场特性。以喷口距钝舵侧表面的距离为变化参数,根据流场特点,分为强耦合干扰和弱耦合干扰两种情况进行了研究。强耦合干扰时,喷流的弓形激波和分离激波直接撞击到钝舵侧表面,激波系的强逆压梯度又引起了钝舵侧表面边界层的大范围分离,在钝舵侧表面形成两个高压区。弱耦合干扰时,喷流引起的激波系并未直接撞击到钝舵,但喷流激波系与钝舵激波系相交。

电弧加热试验条件下钝舵表面热环境数值研究

采用计算流体动力学(CFD)方法模拟钝舵在电弧加热试验中的流场和气动热环境,分析不同来流状态下舵周围流场的特征,以及对应的舵前缘和侧面热流分布规律,并与试验结果进行对比。当仅存在舵前缘斜激波时,计算结果和试验结果符合较好,根据流场分析结果解释了舵前缘多个局部高热流区和侧面三角形低热流区的成因机理:当喷管出口出现斜激波系时,出现斜激波系与舵前缘边界层的相互干扰,导致干扰区热流变高,从而改变舵前缘热流分布规律。但是由于测量手段的限制,某些流场特征无法在试验结果中体现,导致计算结果和试验结果不完全符合。

钝舵绕流不同湍流模型数值模拟比较研究

The Reynolds-averaged Navier-Stokes equations are solved numerically for supersonic flow over a blunt fin mounted on a flat plate with Roe third-order flux differencesplitting scheme. Turbulence eddy-viscousity is computed by Baldwin-Lomax model,Johnson-King model and Launder-Sharma k - model. The pressure distributions arein good agreement with experimental results. Some features, such as two reversed-flowsupersonic zones and secondary vortex structure are predicted well. The comparativestudy suggestes: (1) The Wilcox compressibility correction is more potent than sarkarcorrection for the case. (2) Johnson-King model provides a better overall simulation.(3) The performances of three different kinds of turbulence models are essentially thesame, but the computation efforts increase one by one.

高超声速热流计算湍流模型性能评估

采用计算流体力学方法,通过对高超声速来流下双椭球热流计算,综合分析了影响壁面热流预测精度的因素.针对工程上4种常用的湍流模型:BL(Baldwin-Lomax)模型、SA(Spalart-Allmaras)模型、k-ω模型及SST(Shear-Stress Transport)模型,评估了其在高超声速热流预测中的性能,获得了湍流模型下壁面法向网格雷诺数对热流计算的影响规律.此外,对高马赫数下不同后掠角钝舵模型进行热流计算,获得了后掠角对钝舵前缘热流峰值的影响规律.研究表明,两方程湍流模型相比一方程和零方程模型更适合高超声速气动热计算,其中SST模型对热流预测精度更高,总体性能更为优异;钝舵驻点线最大热流随后掠角增大呈非单调变化,在后掠角约为22°时热流达到峰值.