[發明專利]一種風洞擾動對超聲速層流邊界層厚度影響的分析方法

在審

• 申請號: 202110719268.0
• 申請日: 2021-06-28
• 公開（公告）號: CN113494990A
• 公開（公告）日: 2021-10-12
• 發明（設計）人: 沙心國;高軍;時曉天;袁湘江;紀鋒
• 申請（專利權）人: 中國航天空氣動力技術研究院
• 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

本發明提供了一種風洞擾動對超聲速層流邊界層厚度影響的分析方法，通過風洞試驗獲得邊界層內第二模態波頻率f_2nd，通過數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，基于第二模態波頻率f_2nd與邊界層外緣速度U_e和邊界層厚度δ的關系，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，該方法融合了第二模態波頻率測量值f_2nd，可反映風洞真實流場信息，采用邊界層厚度計算值δ_CFD為參考量進行無量綱化，可進行不同來流流場條件下模型表面不同位置邊界層厚度的對比，該方法適用于風洞來流擾動對層流邊界層厚度的影響研究，該方法對流場無干擾，對試驗測量設備要求低，通用性強。

技術領域

本發明屬于試驗測量技術領域，特別涉及一種風洞擾動對超聲速層流邊界層厚度影響的分析方法。

背景技術

數值模擬計算方法可獲得部分邊界層流動信息，但是對于超聲速流動，現有的數值模擬計算方法尚難以考慮來流擾動對邊界層厚度的影響。而在超聲速風洞中，進行層流邊界層厚度測量主要有兩種方法，分別為介入式測量方法(熱線法和壓力耙法)和光學測量方法(聚焦紋影技術，瑞利散射技術和NPLS等)。介入式測量方法由于測量裝置的引入，對流場存在干擾，另外介入式測量方法的空間分辨率較低，測量誤差大。光學測量方法對設備要求較高，設備在不同風洞中的可移植性差。另外，由于不同風洞來流參數(來流馬赫數、來流總壓和總溫等)不完全一致，不同風洞中獲得的邊界層厚度值難以直接進行對比。

發明內容

為了克服現有技術中的不足，本發明人進行了銳意研究，提供了一種風洞擾動對超聲速層流邊界層厚度影響的分析方法，通過風洞試驗獲得邊界層內第二模態波頻率f_2nd，通過數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，基于第二模態波頻率f_2nd與邊界層外緣速度U_e和邊界層厚度δ的關系，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，該方法融合了第二模態波頻率測量值f_2nd，可反映風洞真實流場信息，采用邊界層厚度計算值δ_CFD為參考量進行無量綱化，可進行不同來流流場條件下模型表面不同位置邊界層厚度的對比，該方法適用于風洞來流擾動對層流邊界層厚度的影響研究，該方法對流場無干擾，對試驗測量設備要求低，通用性強。

本發明提供的技術方案如下：

一種風洞擾動對超聲速層流邊界層厚度影響的分析方法，包括通過風洞試驗測得邊界層第二模態波頻率f_2nd，通過數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，基于第二模態波頻率f_2nd與邊界層外緣速度U_e和邊界層厚度δ的關系，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律；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；