[發(fā)明專利]一種風洞擾動對超聲速層流邊界層厚度影響的分析方法

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• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113494990A
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 沙心國;高軍;時曉天;袁湘江;紀鋒
• 申請（專利權(quán)）人: 中國航天空氣動力技術(shù)研究院
• 主分類號: G01M9/06
• 分類號: G01M9/06;G01M9/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 陳鵬

1.一種風洞擾動對超聲速層流邊界層厚度影響的分析方法，其特征在于，包括通過風洞試驗測得邊界層第二模態(tài)波頻率f_2nd，通過數(shù)值模擬計算獲得邊界層外緣速度U_e和邊界層厚度計算值δ_CFD，基于第二模態(tài)波頻率f_2nd與邊界層外緣速度U_e和邊界層厚度δ的關(guān)系，換算獲得邊界層厚度值δ_EXP，采用邊界層厚度計算值δ_CFD作為參考量獲得無量綱邊界層厚度δ_EXP/δ_CFD，對比風洞不同擾動來流條件下的無量綱邊界層厚度δ_EXP/δ_CFD，獲得風洞來流擾動對層流邊界層厚度的影響規(guī)律。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風洞擾動對超聲速層流邊界層厚度影響的分析方法，其特征在于，該分析方法具體包括如下步驟：

步驟(1)，在超聲速風洞試驗中，采用脈動壓力傳感器測量模型表面脈動壓力，獲得脈動壓力時域信息；

步驟(2)，采用頻譜變換方法，將步驟(1)測得的脈動壓力時域信息變換為頻域信息；

步驟(3)，基于步驟(1)測得的脈動壓力時域信息，采用雷諾平均數(shù)值模擬計算方法，按照風洞試驗流場條件計算模型周圍流場，沿模型測點位置壁面法線方向提取速度信息，獲得測點位置邊界層厚度計算值δ_CFD和邊界層外緣速度U_e；

步驟(4)，基于步驟(3)雷諾平均數(shù)值模擬計算獲得的層流邊界層流場信息，對模型表面邊界層流場進行穩(wěn)定性分析，獲得邊界層內(nèi)第二模態(tài)最不穩(wěn)定擾動波頻率，選擇與穩(wěn)定性分析獲得的邊界層內(nèi)第二模態(tài)最不穩(wěn)定擾動波頻率最為接近的試驗測量頻率峰值為第二模態(tài)波頻率f_2nd；

步驟(5)，基于第二模態(tài)波頻率f_2nd與邊界層厚度δ和邊界層外緣速度U_e的關(guān)系，換算獲得邊界層厚度值δ_EXP；

步驟(6)，采用步驟(3)中獲得的測點位置邊界層厚度計算值δ_CFD作為參考量，邊界層厚度值δ_EXP除以參考量，獲得無量綱邊界層厚度δ_EXP/δ_CFD；

步驟(7)，對比風洞不同擾動來流條件下的無量綱邊界層厚度δ_EXP/δ_CFD，獲得風洞來流擾動對層流邊界層厚度的影響規(guī)律。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風洞擾動對超聲速層流邊界層厚度影響的分析方法，其特征在于，步驟(1)中，在超聲速風洞試驗中，超聲速風洞的來流速度大于聲速。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風洞擾動對超聲速層流邊界層厚度影響的分析方法，其特征在于，步驟(1)中，所述高頻脈動壓力傳感器安裝于模型表面測壓孔中，高頻脈動壓力傳感器不凸出模型表面。

5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風洞擾動對超聲速層流邊界層厚度影響的分析方法，其特征在于，步驟(1)中，所述脈動壓力傳感器為高頻脈動壓力傳感器，響應(yīng)頻率＞500kHz，傳感器的采集頻率≥2MHz。

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風洞擾動對超聲速層流邊界層厚度影響的分析方法，其特征在于，步驟(2)中，所述頻譜變換方法包括傅里葉變換方法。

7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風洞擾動對超聲速層流邊界層厚度影響的分析方法，其特征在于，步驟(3)中，選擇隨著與模型壁面的距離逐漸增加，速度值不再增加時的速度為邊界層外緣速度U_e，對應(yīng)位置距離模型表面距離的99％為邊界層厚度計算值δ_CFD。

8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的風洞擾動對超聲速層流邊界層厚度影響的分析方法，其特征在于，步驟(5)中，所述第二模態(tài)波頻率f_2nd與邊界層厚度δ和邊界層外緣速度U_e的關(guān)系通過以下關(guān)系式表達：其中，系數(shù)A為常數(shù)。