【摘 要】
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高超声速椭圆锥短轴处带流向涡的边界层的稳定性问题,对于工程上发展高超声速飞行器具有重要意义,同时在科学上也是流动稳定性研究发展的前沿问题。本文选取长短轴之比为2:1的HIFi RE-5椭圆锥模型,对其短轴处带流向涡的边界层的全局稳定性问题进行了研究。先用DNS计算了基本流流场。再建立可压缩流的无矩阵Bi Global稳定性分析方法,并进行了测试验证。此后采用该方法对短轴处边界层进行稳定性分析,主要
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高超声速椭圆锥短轴处带流向涡的边界层的稳定性问题,对于工程上发展高超声速飞行器具有重要意义,同时在科学上也是流动稳定性研究发展的前沿问题。本文选取长短轴之比为2:1的HIFi RE-5椭圆锥模型,对其短轴处带流向涡的边界层的全局稳定性问题进行了研究。先用DNS计算了基本流流场。再建立可压缩流的无矩阵Bi Global稳定性分析方法,并进行了测试验证。此后采用该方法对短轴处边界层进行稳定性分析,主要得到以下结论:1、高超声速椭圆锥基本流场在短轴处存在一个“蘑菇”状的流向涡,流向涡本身的大小和形状沿流向演化缓慢,但它导致此处基本流沿法向和展向都在剧烈变化,因而此处需要相应地使用全局稳定性分析方法。2、高超声速椭圆锥短轴处流向涡结构的边界层内存在两类不稳定的外模态:即Y模态和Z模态。流向一个位置处（X=192）的结果显示,Y模态的增长率的峰值高于Z模态,最大增长率对应的频率更高,同时不稳定的Y模态对应的频带更宽。固定频率下,同一个模态的增长率沿流向先增大后减小,存在一个峰值。3、最不稳定的Y模态和最不稳定的Z模态的Nmax值均达到了10左右,Y模态最大Nmax值对应的有量纲频率约为170 k Hz,Z模态的约为50 k Hz,都与风洞实验的结果相符。对比实验转捩位置标定出临界值NT约为8.5。此处有两个Z模态和两个Y模态的Nmax值都达到或接近8.5,因此认为短轴处转捩应受到多个模态发展的共同影响。
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