小折角平板高超声速边界层中扰动的演化及eN方法的修正

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本文采用扰动方程数值模拟结合线性稳定性分析的方法对带小折角平板的高超声速边界层中扰动的演化进行了研究,并对工程中常用的预测带小折角平板转捩位置的eN方法进行验证分析,指出采用eN方法预测带小折角平板转捩时需要对N值进行修正的概念。通过计算分析扩张角和压缩角为1、2、3度,马赫数Ma=4.5,雷诺数Re110,510=′′的绝热壁面工况,所得结论如下:  1、第二模态中性曲线过扩张角后向下偏折,偏折程度随扩张角的增大而增大。当扩张角为1度时,中性曲线偏折较小,扩张角前存在个别频率的不稳定波需要对N值进行修正。在本文所计算的工况下,频率为1.92的扰动波修正系数大小为0.2。当扩张角为2、3度时,中性曲线向下偏折严重,扩张角前的不稳定波过扩张角后全部衰减,不需要对N值进行修正。  2、第二模态的中性曲线过压缩角后向上偏折,程度随压缩角的增大而增大。当压缩角为1度时,中性曲线向上偏折较小,压缩角前的不稳定波过压缩角后存在有效的增长区间,需要对N值进行修正。在本文所计算的工况下,N值的修正范围为-0.5~0.4。当压缩角为2、3度时,中性曲线向上偏折更加严重,甚至出现中性曲线上下两支闭合的现象,压缩角前的不稳定波过压缩角后变成稳定状态,不需要对N值进行修正。  3、第一模态中性曲线上支过扩张角后向下偏折,程度随扩张角的增大而增大,中性曲线下支受扩张角影响较小。当扩张角为3度时,中性曲线上下两支过扩张角后闭合,在下游产生中性曲线间断的现象。由于不稳定扰动波过扩张角后全部衰减,采用eN方法计算时不需要对N值进行修正。  4、压缩角对第一模态中性曲线的下支影响很小,但是使上支向上偏折,程度随压缩角的增大而增大,即过压缩角后不稳定波的频率范围增大。当考虑计算第一模态的N值时,需要对其进行适当修正。  5、计算发现扰动波通过折角演化时出现幅值调制现象,这是由于扰动波通过折角时,激发出不同波数的扰动波相互叠加所导致的。但是调制所引起的幅值变化很小,不影响扰动总的增长或衰减趋势。
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