高超声速进气道扫掠激波/边界层干扰流动控制研究

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扫掠激波/边界层干扰在超/高超声速进气道中普遍存在,其诱导产生的大尺度漩涡促使低能流迁移堆积,形成局部高温低压低速区,对进气道气动性能和结构强度带来不利影响。为了减弱扫掠激波/边界层干扰的不利影响,抑制低能流的迁移堆积,改善进气道流场分布与性能,本文采用数值仿真方法开展基于涡流发生器的进气道扫掠激波/边界层干扰流动控制研究。首先,将内转式进气道复杂扫掠激波/边界层干扰抽象简化为异侧双尖鳍模型诱导的扫掠激波/边界层干扰,采用数值仿真方法获得了扫掠激波/边界层干扰的流动特征。研究发现扫掠激波/边界层干扰诱发的漩涡流动符合准锥形流动特征,在对称面该漩涡形成“蘑菇状”对涡向下游及空间方向发展;反射扫掠激波/边界层干扰未诱发明显的漩涡结构;入射扫掠激波/边界层干扰诱发的锥形漩涡尺度随尖鳍压缩角增大而增大,而基本不受来流马赫数影响。其次,开展了涡流发生器及其安装位置、设计参数对扫掠激波/边界层干扰流动特性影响的研究。研究结果表明,涡流发生器影响扫掠激波/边界层干扰流动特性,其诱导形成的反向流向涡将扫掠激波/边界层干扰诱发的主漩涡分割成两部分,形成两个类锥形漩涡,一定程度减弱了低能流的迁移堆积,减小了对称面对涡尺寸;涡流发生器安装位置影响其诱导的流向涡空间发展,流向涡位于锥形主漩涡内部时其发展空间被限制在近壁面;涡流发生器长度、高度、安装角度影响其诱导的流向涡强度,进而影响流动控制效果。最后,在上述研究基础上开展了基于涡流发生器的内转式进气道流动控制研究,分析了涡流发生器长度、高度、安装角度及周向位置对进气道流动特性的影响。分析结果表明:涡流发生器及其诱导的流向涡将唇罩激波/侧壁边界层干扰产生的类锥形主漩涡分割成两部分,形成两个新的类锥形漩涡,减缓了低能流向对称面一侧的迁移堆积,提高了进气道内流道流场参数分布均匀性;同时在内转式进气道安装设计参数合理的涡流发生器,在改善进气道流场参数分布的同时,可以减小进气道流动损失。
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