基于鼓包的激波/边界层干扰控制研究进展

doi:10.7527/S1000-6893.2023.28411

综述

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基于鼓包的激波/边界层干扰控制研究进展

田珊珊¹^,², 金亮¹, 杜兆波¹, 钟翔宇¹, 黄伟¹(), 刘远洋²

^1.国防科技大学空天科学学院，长沙 410073
^2.中国人民解放军31627部队，深圳 518000

收稿日期:2022-12-19 修回日期:2023-01-10 接受日期:2023-02-06 出版日期:2023-02-13 发布日期:2023-02-10
通讯作者: 黄伟 E-mail:gladrain2001@163.com
基金资助:
国家重点研发计划(2019YFA0405300);国家自然科学基金(11972368)

Research progress of shock wave/boundary layer interaction controls induced by bump

Shanshan TIAN¹^,², Liang JIN¹, Zhaobo DU¹, Xiangyu ZHONG¹, Wei HUANG¹(), Yuanyang LIU²

^1.College of Aerospace Science and Engineering，National University of Defense Technology，Changsha 410073，China
^2.31672 Troop of the People’s Liberation Army of China，Shenzhen 518000，China

Received:2022-12-19 Revised:2023-01-10 Accepted:2023-02-06 Online:2023-02-13 Published:2023-02-10
Contact: Wei HUANG E-mail:gladrain2001@163.com
Supported by:
National Key R & D Program of China(2019YFA0405300);National Natural Science Foundation of China(11972368)

摘要/Abstract

摘要：

超声速及高超声速飞行器在飞行过程中存在复杂的激波/边界层干扰问题，有效的流动控制技术已成为研究热点，鼓包是一项具有发展前景的被动控制技术。本文基于鼓包的控制机理，对激波/边界层干扰的被动控制技术研究进展进行了综述。介绍了激波/边界层干扰的主要流动特征并总结归纳了其研究现状；总结了常见的流动控制方法，分别对外流场中跨声速机翼减阻的激波控制鼓包、内流场中超声速及高超声速流动控制的壁面鼓包的作用机理及其研究进展进行了梳理，分析了鼓包的流动控制性能并对其发展前景进行了展望。

关键词: 激波/边界层干扰, 流动分离, 流动控制, 鼓包, 被动控制

Abstract:

The flow control of hypersonic vehicles faces complex shock wave/boundary layer interaction problems， and effective shock wave/boundary layer interaction control technologies have become a research hotspot. This paper reviews the research progress of passive control of shock wave/boundary layer interaction based on bumps. The main flow characteristics of shock wave/boundary layer interaction are introduced， and the research progress of shock wave/boundary layer interaction is summarized. The mechanism and research progress of shock wave control bumps for drag reduction of transonic wings in the external flow field， and wall bumps for supersonic and hypersonic flow control in the internal flow field are reviewed. The flow control performance of bumps is analyzed and its development prospected.

Key words: shock wave/boundary layer interaction, flow separation, flow control, bump, passive control

中图分类号:

V211.3

田珊珊, 金亮, 杜兆波, 钟翔宇, 黄伟, 刘远洋. 基于鼓包的激波/边界层干扰控制研究进展[J]. 航空学报, 2023, 44(18): 28411-028411.

Shanshan TIAN, Liang JIN, Zhaobo DU, Xiangyu ZHONG, Wei HUANG, Yuanyang LIU. Research progress of shock wave/boundary layer interaction controls induced by bump[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2023, 44(18): 28411-028411.

图/表 33

表1

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图 2

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95	张悦，谭慧俊，张启帆，等. 一种进气道内激波/边界层干扰控制的新方法及其流动机理［J］. 宇航学报， 2012， 33（2）： 265-274.
	ZHANG Y， TAN H J， ZHANG Q F， et al. A new method and its flow mechanism for control of shock/boundary layer interaction in hypersonic inlet［J］. Journal of Astronautics， 2012， 33（2）： 265-274 （in Chinese）.

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主管单位：中国科学技术协会主办单位：中国航空学会北京航空航天大学

激波/边界层干扰控制方法		流动控制机理
被动控制方法	壁面鼓包^［6-9］	壁面外凸形变，模仿分离流结构，置换或排移低能流边界层，减小激波入射点附近的逆压梯度并将强激波分为若干道弱激波结构，近似实现等熵压缩，大幅减少波阻
	微型涡流发生器^［10-13］	引入流向涡，向边界层内输运高动量流体，增强边界层展向涡和脉动涡，增加边界层对分离的抵抗能力
	后向台阶^［14-16］	来流经过后向台阶在台阶角处出现一个膨胀扇，膨胀扇与激波相互作用减弱激波引起的逆压梯度
	边界层抽吸^［17-18］	壁面抽吸元将近壁面的低动量流体吸除，降低边界层厚度，增加壁面附近流动的动量
	次流循环^［19-22］	在分离区的高压区及前部的低压区下方开孔设置循环管道，利用压力差形成次流循环，形成边界层抽吸及吹除组合，减小分离泡的尺寸，抑制边界层分离的产生
	无源凹腔^［23-24］	凹槽形成自然的回流区，使高压流体通过空腔向低压区再循环，同时拆分激波系，减少激波系损失，达到降低激波阻力及减弱边界层增长的目的
主动控制方法	吹除控制^［25-26］	在激波的起始点或者入射点的上游，通过缝隙往边界层内切向注入流体，为边界层中被阻滞的流体质点提供能量
	射流控制^［27-33］	通过射流与来流耦合形成正、反向旋转涡对，将高能流注入到边界层内，减弱分离激波强度，增强边界层抵抗逆压梯度的能力
	等离子体控制^［34-39］	通过激励器的放电实现空气电离和能量注入，增强气体的动量，改变流场特征
	磁流体MHD控制^［40-42］	通过在电场产生等离子体的作用上叠加洛伦兹力，增加上游边界层的能量，抑制分离

[1]	刘为佳, 李映坤, 陈雄, 李春雷. 基于流固耦合的激波/边界层干扰作用下壁板颤振特性[J]. 航空学报, 2023, 44(6): 127085-127085.
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[3]	刘汉儒, 陈南树, 刘宇, 胡之颉. 多孔介质流动控制及气动降噪研究进展[J]. 航空学报, 2023, 44(16): 27923-027923.
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[5]	朱广生, 姚世勇, 段毅. 高速飞行器减阻降热流动控制技术研究进展及工程应用[J]. 航空学报, 2023, 44(15): 529049-529049.
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[13]	冯雅婷, 张辉. 基于车尾风能回收的气动减阻装置[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 180-191.
[14]	罗凯, 王永海, 汪球, 栗继伟, 李峥, 聂春生, 李铮. 高焓风洞中等离子体激励流动控制试验[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 89-96.
[15]	张旭东, 李铮, 董昊, 高思源, 纪祖赑, 黎凯昕, 白光辉. 高超声速流场等离子体逆向喷流减阻特性[J]. 航空学报, 2022, 43(S2): 115-123.

基于鼓包的激波/边界层干扰控制研究进展

Research progress of shock wave/boundary layer interaction controls induced by bump

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图/表 33

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