三维激波干扰理论与应用研究

	三维激波干扰理论与应用研究
英文题名	Theory of Three-dimensional Shock Interaction
	项高翔
导师	姜宗林
	2017
学位授予单位	中国科学院大学
学位授予地点	北京
学位类别	博士
学位专业	流体力学
摘要	激波干扰现象广泛存在于高超声速飞行器内流和外流中，是高超声速飞行器复杂流动形成的主要原因之一。在高超声速内流中，激波作用及其与附面层的相互干扰导致高速气流总压的严重损失；在高超声速外流中，激波作用及其与附面层的相互干扰一般会导致飞行器表面的高热流区。目前为止，超声速和高超声速流动中的二维激波反射理论较为完善。三维激波干扰理论分析较为困难，研究手段以实验和数值模拟为主，人们对其中流动机理的认识还很不充分。研究高超声速情况下的三维激波干扰现象及其机理对于了解高超声速内流和外流复杂流动机理、吸气式冲压发动机设计和性能评估以及翼身组合体复杂气动热特性具有重要的意义。本论文采用理论分析和数值模拟方法，研究和分析了高超声速三维激波干扰构型及其流动机理，并针对高超声速典型三维进气道内流和翼身组合体外流开展了机理性研究工作。 1）针对高超声速三维双楔面定常激波干扰问题，进一步完善了“空间降维”分析理论。“空间降维”的基本思想是通过把一个空间维转化为时间维，将三维定常激波干扰问题转化为二维运动激波干扰问题。利用“空间降维”分析理论、结合数值模拟对高超声速三维复杂激波结构进行了研究，发现了三维弱激波干扰、三维强激波与弱激波干扰等多种复杂激波干扰波系结构。考察了来流马赫数和几何参数对三维激波干扰波系结构的影响；利用激波动力学求解了马赫干扰情况下的马赫杆三波点轨迹，与数值结果吻合较好。 2）通过理论分析、结合数值模拟对高超声速进气道内的三维激波干扰特性进行了研究。理论求解了进气道双楔压缩流场的分区参数，并研究了来流马赫数以及几何参数对流场区域特性的影响；考察了非对等三维激波干扰下的流场区域特性变化；对侧压进气道流场区域内三维激波干扰导致的流场区域非均匀性、总压恢复性能等特性进行了研究；通过对Caret进气道内激波干扰特性的研究发现了其弱激波干扰的特性，利用弱激波干扰理论对该进气道内流场区域的均匀性以及总压恢复性能进行了研究。 3）开展了高超声速翼身组合体三维激波干扰特性研究，考察了高温真实气体效应和天地试验条件差异对组合体三维激波干扰特性的影响。研究结果表明：在有攻角下，翼身组合体的体激波易与舵激波发生三维激波干扰，三维激波干扰形成的滑移面代表了指向舵表面的射流，该射流使附面层变薄并导致局部高热流区的形成。对翼身组合体简化模型三维流场进行了理论和数值研究，分析了翼高度、厚度以及后掠角对翼身组合体流场区域参数的影响，探讨了这些参数对组合体三维激波干扰、马赫杆后滑移面致射流区特性的影响。
索取号	Phd2017-020
语种	中文
文献类型	学位论文
条目标识符	http://dspace.imech.ac.cn/handle/311007/60421
专题	高温气体动力学国家重点实验室
推荐引用方式 GB/T 7714	项高翔. 三维激波干扰理论与应用研究[D]. 北京. 中国科学院大学,2017.

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