马祎蕾, 余 平, 刘 璟, 梁伟栋, 王建林

(中国运载火箭技术研究院空间物理重点实验室, 北京 100076)

引 言

高速飞行器边界层流场发生转捩时, 飞行器气动特性及表面热环境均会发生显著改变, 正确预测转捩位置, 对飞行器设计与优化具有十分重要的工程意义[1]. 转捩诱因繁多, 触发机制复杂, 受到转捩Reynolds数、 攻角、 钝度、 边界层边缘Mach数等多重因素影响[1-4], 其中, 外形钝度是影响边界层流动稳定性的一个重要因素.

以往关于高速边界层转捩钝度影响的研究很多, 但多为针对钝度半径、 前缘曲率的研究, 文献[4]指出, 对于轴对称外形, 适度的端头钝度会显著地推迟转捩, 对于面对称的升力体外形, 适度的前缘钝度亦会显著地推迟转捩; Stetson等[5]通过地面试验发现在Mach数5.5的激波风洞中, 钝锥端头钝化可有效推迟转捩, 然而, 钝度一旦超过某一临界值, 转捩将提前, 出现“转捩反转”, 并在1984年发现这种转捩延迟效应与钝度带来的熵层有关, 存在“熵吞”现象[6]; Malik等[7]采用PNS方法研究发现钝度使边界层稳定. Rosenboom等[8]发现当钝度增加时第2模态临界Reynolds数单调增加, 但第1模态临界Reynolds数在大钝度和小钝度情况下单调性不同; Kara等[9]采用eN法, 将N=10作为转捩判据, 发现随着钝度增大, 转捩Reynolds数变大; 万兵兵等[10], 欧吉辉等[11]研究了钝度对激波后熵层基本流特性及熵层不稳定性的影响.

实际上, 除了钝度半径会影响转捩外, 钝度形状也是构成钝度的一部分, 据了解, 改变端头形状亦会对下游的边界层转捩产生影……