宽速域翼尖涡及其与斜激波相互作用

doi:10.7527/S1000-6893.2022.26990

流体力学与飞行力学

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宽速域翼尖涡及其与斜激波相互作用

马印锴, 李祝飞(), 黄琪, 杨基明

中国科学技术大学近代力学系，合肥 230026

收稿日期:2022-01-24 修回日期:2022-02-10 接受日期:2022-03-04 出版日期:2023-04-15 发布日期:2022-03-11
通讯作者: 李祝飞 E-mail:lizhufei@ustc.edu.cn
基金资助:
国家自然科学基金(12172354)

Wingtip vortex and its interaction with oblique shock wave in wide-speed range

Yinkai MA, Zhufei LI(), Qi HUANG, Jiming YANG

Department of Modern Mechanics，University of Science and Technology of China，Hefei 230026，China

Received:2022-01-24 Revised:2022-02-10 Accepted:2022-03-04 Online:2023-04-15 Published:2022-03-11
Contact: Zhufei LI E-mail:lizhufei@ustc.edu.cn
Supported by:
National Natural Science Foundation of China(12172354)

摘要/Abstract

摘要：

针对宽速域飞行器产生的翼尖涡及其与斜激波相互作用问题，采用数值模拟方法，在来流马赫数0.2~6.0范围内，研究了翼尖涡的演化特性，并探讨了斜激波诱导翼尖涡破碎的机理。结果表明，在宽速域范围，翼尖涡的切向速度和环量分布仍然符合低速流动中的自相似关系式；在超声速至高超声速流动中，翼尖涡强度沿流向更快地减弱；当翼尖涡与斜激波相互作用时，涡核处压力越低的翼尖涡更容易破碎，而经典的涡破碎理论难以在宽速域范围内准确预测涡破碎现象；通过引入涡核处的压力亏损效应修正经典理论，大幅提升了预测斜激波诱导翼尖涡破碎的能力。

关键词: 宽速域, 飞行器, 翼尖涡, 斜激波, 涡破碎

Abstract:

Wingtip vortex generated by a wide-speed range flight vehicle and its interaction with oblique shock wave are numerically investigated in a freestream Mach number range of 0.2-6.0. The evolution characteristics of the wingtip vortex are examined and the mechanism of its breakdown induced by the oblique shock wave are revealed. The results show that the tangential velocity and circulation distribution of the wingtip vortex in the wide-speed range still conform to the self-similarity relation in the low-speed flow. In supersonic and hypersonic flow regimes， the intensity of the wingtip vortex decreases more obviously along the flow direction. When the wingtip vortex with a lower pressure at the vortex core interacts with the oblique shock wave， the vortex is easier to break down. However， the existing theories are difficult to accurately predict the vortex breakdown in the wide-speed range. When the classic theory is modified by considering the pressure deficit at the vortex core， the ability to predict the vortex breakdown induced by the oblique shock wave is greatly improved.

Key words: wide-speed range, flight vehicle, wingtip vortex, oblique shock wave, vortex breakdown

中图分类号:

V211.41

马印锴, 李祝飞, 黄琪, 杨基明. 宽速域翼尖涡及其与斜激波相互作用[J]. 航空学报, 2023, 44(7): 38-50.

Yinkai MA, Zhufei LI, Qi HUANG, Jiming YANG. Wingtip vortex and its interaction with oblique shock wave in wide-speed range[J]. ACTA AERONAUTICAET ASTRONAUTICA SINICA, 2023, 44(7): 38-50.

图/表 27

图 1

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表 1

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参考文献 39

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E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

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马赫数Ma_∞	静温/K	静压/kPa
0.2	300.0	101.0
0.8	266.6	67.3
2.0	216.7	10.7
4.0	221.2	2.7
6.0	226.5	1.2

网格	N_x	N_y	N_z	总网格数
1	690	145	180	约1.8×10⁷
2	830	185	230	约3.5×10⁷
3	870	215	280	约5.2×10⁷

流向站位x/L	压力亏损P_1，c/P_1，∞	速度亏损U_1，c/U_1，∞	旋流数τ
0.7	0.30	0.86	0.41
1.8	0.55	0.90	0.27
4.9	0.78	0.93	0.19

流向站位x/L	压力亏损P_1，c/P_1，∞	速度亏损U_1，c/U_1，∞	旋流数τ
0.7	0.42	0.81	0.19
1.8	0.62	0.90	0.14
4.9	0.79	0.95	0.09

流向站位x/L	压力亏损P_1，c/P_1，∞	速度亏损U_1，c/U_1，∞	旋流数τ
0.7	0.50	0.80	0.12
1.8	0.71	0.90	0.08
4.9	0.83	0.94	0.06

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Wingtip vortex and its interaction with oblique shock wave in wide-speed range

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