【摘 要】
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20世纪中期,扰动与激波的相互作用这一课题就已经通过线性理论分析方法得到了一定的认识。近期,许多学者利用直接数值模拟(DNS)方法对湍流与激波的相互作用进行研究并取得了较大进展。然而,仍存在一个未解决的理论问题,即当激波后没有声波产生时发生了什么?由此衰减波的概念被引入,以便于很好地回答这一问题。基于此,对任意类型小扰动波入射斜激波的情况,激波前后流场的色散关系以及激波后扰动幅值大小的求解问题得到
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20世纪中期,扰动与激波的相互作用这一课题就已经通过线性理论分析方法得到了一定的认识。近期,许多学者利用直接数值模拟(DNS)方法对湍流与激波的相互作用进行研究并取得了较大进展。然而,仍存在一个未解决的理论问题,即当激波后没有声波产生时发生了什么?由此衰减波的概念被引入,以便于很好地回答这一问题。基于此,对任意类型小扰动波入射斜激波的情况,激波前后流场的色散关系以及激波后扰动幅值大小的求解问题得到了全面、系统的解决。除此之外,衰减波以及声波临界角的物理本质得到了很好的解释。且理论推导结果与已知的理论结果以及直接数值模拟结果符合良好。在理论和实际应用方面,还分析了激波后产生的各类扰动波对穿透系数的贡献,并给出了穿透系数在M1-θi平面内的分布云图。针对尖楔模型,考虑了理论结果对工程实际的应用。本文应用理论分析方法研究了二维小扰动波与斜激波的线性相互作用,得到的主要结论列举如下:1.衰减波的本质是在某种条件下,声波色散关系方程的复数域解。衰减波的物理本质是作为桥梁连接了群速度等于零的快声波临界点和慢声波临界点。2.当入射扰动波为熵波时,激波后被激发的熵波和快、慢声波同等重要,衰减波的幅值会显著衰减。当入射扰动波为涡波时,激波后被激发的涡波对穿透系数的贡献较大,快、慢声波的贡献则很小,被激发的衰减波幅值会出现明显的增加。3.当入射扰动波为熵波和快声波时,自由流马赫数M1对穿透系数的影响很大,但当入射扰动波为涡波时则较小。扰动入射角θi对穿透系数的影响总体不大。激波的倾斜程度可以导致穿透系数的减小。4.当入射扰动波为熵、涡波和快声波时,压力扰动幅值和密度扰动幅值过激波会被明显地放大。但当入射扰动波为涡波时,速度扰动幅值过激波基本没有明显地变化。5.针对二维尖楔模型,当自由流马赫数M1增大时,激波角β1会迅速减小。此时,由于激波后被激发扰动波的幅值与激波前入射扰动波的幅值为同一量级,因此,入射扰动波可以看作是直接穿过斜激波而没有发生任何幅值变化。此外,增大飞行器的飞行攻角αa可以有效减小激波角与穿透系数。
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