三面压缩进气道三维激波相干研究

三面压缩式高超声速进气道在侧压式进气道的基础上加入顶面压缩，理论上具有的更短的压缩距离，从而有利于超声速飞行器的整体设计。该进气道不同于传统的顶压式进气道和侧压式进气道，由于其压缩激波在竖直和水平方向都存在，因此出现三维空间的激波相交和反射，造成流场复杂度大大增加，而其也直接影响了进气道设计构型与波系的相对位置关系及进气道性能。\newline 三面压缩进气道由于顶板与侧板两个方向压缩，在顶板与侧板相交线附近区域，激波并不是简单的二维平面激波结构。顶压激波和侧压激波相交后，在波型上产生了明显的变化。在角区的激波相干后的波系结构：顶板激波与侧壁激波相交后，都变得不再连续，即在相互"穿越"的过程中发生了"断裂"，出现了过渡的桥波2。然而对该相干结构的认识目前也仅限于此，其流动的特征,对进气道性能的影响以及如何规划三面压缩进气道设计构型都还需要深入的探索。忽略激波边界层干扰，专注于激波相干现象本身，对于这种三维激波相干结构开展了无黏数值分析研究，探索了其关键影响因素，理论分析了其相干特征。\newline 本文分析认为角区波系可分成$A$，$B$，$C$，$D$，$E$5个部分，$A$为未经激波压缩的区域；$B$为只经过顶压激波3压缩的区域：$C$为只经过侧压激波1压缩的区域；$D$为经过顶压激波3和侧压激波1共同压缩的区域；$E$为过桥波2压缩的区域。对于顶压激波来说，$B$区域的气体与$D$区域的气体参数并不相同，因为$D$区域的气体还经过了侧压激波的压缩，因此在相同的气流转角下，$D$区域的顶板激波角大于$B$区域的顶板激波角，所以顶压激波在穿越侧压激波后发生了"断裂"，7的位置高于3的位置；同理，侧压激波穿越顶压激波后，4的位置也会向对称面移动，侧压激波也发生"断裂"。基于以上物理模型，应用二维激波关系，探索性给出的三维激波相干位置的无黏近似计算方法。\newline 数值研究进一步发现相干结构产生的桥波区域为低总压区，对进气道总压恢复系数不利。

国家自然基金资助项目(90716014)