几何参数对V字形钝前缘气动热特性影响

针对三维内转式进气道V字形唇口部位气动热载荷严酷的问题,将唇口简化为V字形钝前缘,在来流马赫数6条件下,采用数值模拟并辅以激波风洞实验,研究了气动热随前缘几何参数的变化规律.结果表明,在半径比R/r(根部倒圆半径R和前缘钝化半径r之比)和半扩张角β的联合作用下,V字形根部主要出现三种激波反射类型,其壁面热流峰值的位置和大小均差异明显.在(R/r,β)几何参数空间中,当R/r和β都相对较小时,V字形根部发生异侧激波规则反射,超声速气流冲击驻点附近壁面,并产生极其严酷的第一类中心热流峰值,最高可达相同钝化半径圆柱驻点热流的12倍.当R/r或β较大,V字形根部发生马赫反射时,异侧超声速射流对撞以及激波/边界层干扰分别导致了第二类中心热流峰值和外侧热流峰值,其严酷程度仅次于第一类中心热流峰值,采用R/r和β建立了第二类中心热流峰值和外侧热流峰值强弱转变的边界.当R/r充分大,V字形根部发生同侧激波规则反射时,第二类中心热流峰值和外侧热流峰值都减小至相同钝化半径圆柱驻点热流的水平.

V字形钝前缘激波反射迟滞现象

针对内转式进气道唇口在宽速域条件下面临的复杂激波干扰问题,将唇口模化为V字形钝前缘,采用数值模拟并辅以风洞实验,研究了典型V字形构型(根部倒圆半径R与前缘钝化半径r之比R/r=1,半扩张角β=18°)激波反射结构随来流马赫数Ma_(∞)的演变过程。结果表明,随着Ma_(∞)的增大或减小,V字形后掠前缘的脱体激波产生规则反射(Regular reflection,RR)和马赫反射(Mach reflection,MR),并且两者的相互转变过程出现迟滞。初场为RR时,V字形根部产生大范围的流动分离和分离激波;随着Ma_(∞)由5.7逐渐增大至6.5,脱体激波的交点向下游移动并与分离激波的交点重合,使RR转变为MR。初场为MR时,马赫杆下游存在大尺度的反转涡对;随着Ma_(∞)由6.7逐渐减小至5.9,反转涡对不再影响脱体激波,使MR转变为RR。通过Ma_(∞)=6的风洞实验证实,在相同来流条件下存在RR和MR双解。基于对脱体激波交点、分离激波交点和反转涡对尺度随Ma_(∞)变化规律的认识,建立了RR↔MR的转变边界。在双解区中,RR工况的壁面压力最大值约为MR工况的2~3倍,表明迟滞现象将导致唇口气动载荷突变。

高马赫数V字形钝化前缘平板表面压力特性

针对三维内转式进气道V字形唇口下游面临的严酷压力载荷问题,将唇口简化为V字形钝化前缘平板,在来流马赫数为6的条件下,采用数值模拟结合激波风洞压敏涂料测量方法,研究了V字形根部倒圆半径R与前缘钝化半径r之比(R/r=0~20)的平板表面压力演化特性。结果表明,随着R/r增大,V字形钝化前缘产生的三维波系结构发生变化,引起下游平板表面压力演变出4种类型。R/r较小时,V字形钝化前缘激波干扰产生的大范围流动分离,诱导形成了偏离中心线较远的分叉状高压区(TypeⅠ,分叉型);随着R/r增大,流动分离减弱,分叉状高压区逐渐消失,由透射激波扫掠壁面所形成的条带状高压和超声速射流对撞所形成的中心线高压区逐渐显露,依次出现过渡型(TypeⅡ)、严酷型(TypeⅢ)和渐匀型(TypeⅣ)压力分布。平板上分叉型和过渡型的压力最大值仅为4.3~7.2p∞(p∞为来流静压),但V字形钝化前缘处的流场品质恶劣;严酷型的压力最大值随着射流对撞强度的增强而增大,最高可达19p∞;渐匀型的压力最大值随着射流对撞强度的减弱,逐渐趋近于二维钝前缘平板产生的压力最大值4p∞。