微槽-吸气组合控制平板边界层多模态稳定性研究

作     者：巩耕 胡伟波 武健辉 涂国华 陈坚强 Gong Geng;Hu Weibo;Wu Jianhui;Tu Guohua;Chen Jianqiang

作者机构：中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室四川绵阳621000 中国运载火箭技术研究院北京100076 

出 版 物：《力学学报》 (Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics)

年 卷 期：2023年第55卷第4期

页      面：824-834页

核心收录：

学科分类：080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金资助项目(92052301) 

主　　题：高超声速 转捩控制 多模态 微槽 吸气 

摘      要：边界层转捩会使高超声速飞行器壁面摩阻和热流显著增加,因此在高超声速飞行器设计过程中往往占据重要地位.针对高超声速飞行器多模态转捩控制问题,提出了微槽道(1 mm)与边界层吸气的组合控制方法,并通过直接数值模拟和线性稳定性理论研究了Ma=4.5平板边界层的稳定性及组合控制效果.边界层在无控状态时,同时存在失稳的第一、二模态波,且二维第二模态波最不稳定;单纯施加微槽道控制时,边界层第二模态波会被抑制但第一模态波会被略微激发.对比而言,采用“微槽-吸气组合控制后,不仅增强了对第二模态波的抑制效果,而且减弱了第一模态波的激发程度;同时随着吸气强度的增加,第二模态波不稳定区域明显收缩、频率显著增高,而第一模态波则变化不明显.相较于单纯的微槽道,吸气增强了“微槽吸收与“声波散射作用,因此中等吸气强度下该组合控制方法对第一和第二模态波的增长率分别实现了12.63%和28.02%的抑制效果.以上结果表明“微槽-吸气组合控制手段具有适用宽频、布置区域灵活的优点,展现出了一定的多模态控制效果.