高超声速尖锥边界层转捩实验研究

作     者：刘美宽 韩桂来 李宗贤 姜宗林 Liu Meikuan;Han Guilai;Li Zongxian;Jiang Zonglin

作者机构：中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室 中国科学院大学工程科学学院 

出 版 物：《空天技术》 (Aerospace Technology)

年 卷 期：2023年第2023卷第3期

页      面：1-14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] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

基　　金：国家自然科学基金(12132017 11872066 11727901) 国家重点研发计划(2022YFB3207000) 

主　　题：高超声速 边界层转捩 大尺度模型 风洞实验 不稳定波 

摘      要：高超声速边界层转捩对飞行器的气动布局及热防护等性能都至关重要。研究依托JF-12复现高超声速飞行条件激波风洞开展边界层转捩实验，实验模型为典型外形的大尺度圆锥（高3 m）。大尺度模型结合复现来流条件还原真实飞行中高超声速边界层转捩的物理过程。针对大尺度圆锥模型开展了关于单位雷诺数、马赫数对高超声速尖锥边界层转捩的影响研究。利用高精度同轴热电偶传感器和高频响脉动压力传感器分别测量高超声速边界层转捩过程中的壁面热流以及脉动压力。通过热流分布判断边界层转捩位置，对流态进行识别；通过壁面脉动压力分布关注边界层中不稳定波的演化。结果表明：随着来流马赫数的增加，转捩雷诺数增大，转捩位置推迟，转捩区长度变长。来流马赫数的增加，边界层内不稳定波演化处于更早期阶段，边界层转捩推迟。随着单位雷诺数的增加，转捩空间位置提前，转捩雷诺数减小，圆锥模型对单位雷诺数的变化敏感，转捩空间位置的变化比例远大于单位雷诺数本身的变化比例。单位雷诺数增长使得边界层内不稳定波向扰动演化后期发展，边界层失稳提前。