超声速进气道起动与不起动的流动特征结构的机理分析

基于Wagner等实验的超声速进气道模型，采用RANS-SST计算方法分析超声速进气道起动和不起动流场特性。通过拓宽计算域和采用来流边界层自由发展方法，准确预测了典型的进气道不起动过程中可能出现的周期性振荡流现象，包括进气道内部高压的产生和降低、下壁面大尺度分离泡的膨胀收缩和迁移，并伴随不起动激波的传播。进气道完全起动状态(末端活门挡板角度β=0°)时得到的波系结构、壁面压强和流向速度分布计算结果与实验测量值相吻合；不起动状态(β=28°)时流场的振荡周期和振幅与实验结果一致。对进气道不起动的非定常流场进行动态模态分解，发现了3个特征频率：主频f₁=69.8 Hz的流场模态揭示了进气道出口的压强振荡最强，而入口及上壁面的速度振荡最强；二倍频f₂=139.7 Hz和三倍频f₃=209.5 Hz捕捉到的流场模态主要是离散的小尺度高能结构。在不起动状态的振荡过程中，进气道入口外部流场产生了较大的速度和压力脉动，所以对进气道内外流场相互作用的准确描述是预测不起动状态振荡流动的重要因素。