超声速钝板熵层不稳定性的研究

【作者】 万兵兵； 罗纪生；

【机构】 天津大学机械工程学院力学系；

【摘要】 对于超声速飞行器的设计,层流-湍流转捩是必须要考虑的问题,也是流体力学研究的热点话题。在超声速飞行条件下,飞行器钝头体附近产生弓形激波。当气流穿过激波后引起熵增从而形成熵层,该熵层向下游流动,则将包围着飞行器表面,从而增加表面气动热流。因此研究熵层的流动稳定性,对于飞行器气动热防护的设计具有实际意义。本文选择前缘为圆头钝板为研究模型,研究了熵层的不稳定性。钝板的前缘半径R=5mm,来流马赫数M=5,飞行高度H=30km,利用激波装配法得到基本流场,在此基础上进行线性稳定性(LST)分析。图1给出了模型的示意图及x/R=200的基本流剖面,可以看出ρ(?)u/(?)y曲线出现两个极大值,故存在两个广义拐点,分别位于边界层和熵层,记为GIP1和GIP2。针对熵层的广义拐点,进行了稳定性分析。图2给出二维扰动的增长率-α_i及相速度Cr随频率的变化,其中性解的上支界点的相速度约等于广义拐点GIP2对应位置的流向速度,这表明该模态为熵层引起的不稳定模态。图3给出该不稳定模态的特征函数幅值分布,可以发现特征函数幅值的峰值对应的法向位置约为熵层中广义拐点的位置,因此进一步证明了熵层中存在不稳定模态。更多还原