前緣形狀對鈍三角翼邊界層穩(wěn)定性及轉(zhuǎn)捩的影響

馬祎蕾, 余 平, 劉 璟, 梁偉棟, 王建林

(中國運載火箭技術(shù)研究院空間物理重點實驗室, 北京 100076)

引 言

高速飛行器邊界層流場發(fā)生轉(zhuǎn)捩時, 飛行器氣動特性及表面熱環(huán)境均會發(fā)生顯著改變, 正確預(yù)測轉(zhuǎn)捩位置, 對飛行器設(shè)計與優(yōu)化具有十分重要的工程意義[1]. 轉(zhuǎn)捩誘因繁多, 觸發(fā)機制復雜, 受到轉(zhuǎn)捩Reynolds數(shù)、 攻角、 鈍度、 邊界層邊緣Mach數(shù)等多重因素影響[1-4], 其中, 外形鈍度是影響邊界層流動穩(wěn)定性的一個重要因素.

以往關(guān)于高速邊界層轉(zhuǎn)捩鈍度影響的研究很多, 但多為針對鈍度半徑、 前緣曲率的研究, 文獻[4]指出, 對于軸對稱外形, 適度的端頭鈍度會顯著地推遲轉(zhuǎn)捩, 對于面對稱的升力體外形, 適度的前緣鈍度亦會顯著地推遲轉(zhuǎn)捩; Stetson等[5]通過地面試驗發(fā)現(xiàn)在Mach數(shù)5.5的激波風洞中, 鈍錐端頭鈍化可有效推遲轉(zhuǎn)捩, 然而, 鈍度一旦超過某一臨界值, 轉(zhuǎn)捩將提前, 出現(xiàn)“轉(zhuǎn)捩反轉(zhuǎn)”, 并在1984年發(fā)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)捩延遲效應(yīng)與鈍度帶來的熵層有關(guān), 存在“熵吞”現(xiàn)象[6]; Malik等[7]采用PNS方法研究發(fā)現(xiàn)鈍度使邊界層穩(wěn)定. Rosenboom等[8]發(fā)現(xiàn)當鈍度增加時第2模態(tài)臨界Reynolds數(shù)單調(diào)增加, 但第1模態(tài)臨界Reynolds數(shù)在大鈍度和小鈍度情況下單調(diào)性不同; Kara等[9]采用eN法, 將N=10作為轉(zhuǎn)捩判據(jù), 發(fā)現(xiàn)隨著鈍度增大, 轉(zhuǎn)捩Reynolds數(shù)變大; 萬兵兵等[10], 歐吉輝等[11]研究了鈍度對激波后熵層基本流特性及熵層不穩(wěn)定性的影響.

實際上, 除了鈍度半徑會影響轉(zhuǎn)捩外, 鈍度形狀也是構(gòu)成鈍度的一部分, 據(jù)了解, 改變端頭形狀亦會對下游的邊界層轉(zhuǎn)捩產(chǎn)生影……