分布式烧蚀形貌对高超声速平板边界层不稳定性影响

作     者：李学良 李创创 张亚寒 苏伟 吴杰 

作者机构：华中科技大学航空航天学院 北京航天长征飞行器研究所 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2024年

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）] 

主　　题：高超声速 烧蚀形貌 边界层转捩 不稳定性 平板模型 风洞试验 

摘      要：高超声速飞行器表面的热防护材料在经历高温烧蚀后，呈现出分布式粗糙元形貌，而这种形貌对高超声速边界层转捩的影响规律和机制目前尚无统一认识，引起转捩研究人员的重视。本文基于华中科技大学Φ0.5 m马赫6 Ludwieg管风洞开展了风洞试验，研究了光滑和四种高度为h=0.5，1.0，1.5，2.0 mm分布式粗糙元表面工况下高超声速平板边界层内不稳定波的演化规律，开展了单位来流雷诺数5.39×106m-1～1.72×107m-1系列来流工况研究，明晰了分布式粗糙元高度因素和来流雷诺数对平板边界层不稳定性的影响。试验结果表明，在分布式粗糙元工况下，主导边界层不稳定性的仍为第二模态不稳定波，频率范围约位于60～120 kHz。对于高度低于当地边界层厚度的分布式粗糙元，高度因素对高超声速平板边界层的转捩位置影响较小。分布式粗糙元高度对高超声速平板边界层内第二模态不稳定波沿流向传播速度的影响是非单调性的，存在影响最大的临界高度。不同雷诺数来流条件下，光滑工况和粗糙工况下的第二模态波特征演化规律基本一致，且不同高度粗糙元工况在相同来流雷诺数下的边界层转捩位置区别不大。