基于C-γ-Reθ 模型的多模态高超声速边界层转捩预测

doi:10.7527/S1000-6893.2023.29215

流体力学与飞行力学

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基于C-γ-Re_θ 模型的多模态高超声速边界层转捩预测

胡震宇¹, 肖丰收², 陈坚强¹^,³, 袁先旭¹^,³, 张毅锋³, 向星皓¹()

^1.空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室，绵阳 621000
^2.北京机电工程总体设计部，北京 100039
^3.中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所，绵阳 621000

收稿日期:2023-06-25 修回日期:2023-07-18 接受日期:2023-08-07 出版日期:2023-12-15 发布日期:2023-08-18
通讯作者: 向星皓 E-mail:kinog67@163.com
基金资助:
国家重点研发计划(2019YFA0405204);国家自然科学基金(92052301);空气动力学国家重点实验室创新课题(JBKYC190110)

Prediction of multi-mode hypersonic boundary layer transition based on C-γ-Re_θ model

Zhenyu HU¹, Fengshou XIAO², Jianqiang CHEN¹^,³, Xianxu YUAN¹^,³, Yifeng ZHANG³, Xinghao XIANG¹()

^1.State Key Laboratory of Aerodynamics，Mianyang 　621000，China
^2.Beijing System Design Institute of Electro-mechanic Engineering，Beijing 　100039，China
^3.Computational Aerodynamic Institute China Aerodynamics Research and Development Center，Mianyang 　621000，China

Received:2023-06-25 Revised:2023-07-18 Accepted:2023-08-07 Online:2023-12-15 Published:2023-08-18
Contact: Xinghao XIANG E-mail:kinog67@163.com
Supported by:
National Key R & D Program of China(2019YFA0405204);National Natural Science Foundation of China(92052301);Foundation of State Key Laboratory of Aerodynamics(JBKYC190110)

摘要/Abstract

摘要：

HIFiRE-5、HyTRV均为验证高超声速三维边界层转捩的典型标模。C-γ-Re_θ 转捩模型在原始的γ-Re_θ 转捩模型基础上进行了高超声速横流转捩修正。运用C-γ-Re_θ 转捩模型对飞行、风洞工况下HIFiRE-5、HyTRV进行转捩模拟。对于HIFiRE-5飞行试验，针对其弹道中8个典型高度及存在姿态角的工况进行转捩预测，C-γ-Re_θ 转捩模型计算结果与热流测量结果吻合，并对其表面的转捩模态进行了对比分析。对于HIFiRE-5静音/常规风洞试验，C-γ-Re_θ 转捩模型能够准确计算变雷诺数工况下转捩阵面形态及转捩起始位置，并与温升测量结果相符。对于HyTRV常规风洞试验，在变马赫数、变雷诺数的工况下，C-γ-Re_θ 转捩模型计算结果与模型上、下表面红外热图测量结果基本一致，能够预测横流模态下的边界层转捩，对于转捩起始位置、转捩阵面形态的预测与基于线性稳定性理论的e ^N 方法具有相当的预测精度。测试表明，对于飞行试验和静音/常规风洞试验，C-γ-Re_θ 转捩模型预测结果均保持较高的可靠性，实现了高超声速典型标模的三维边界层转捩预测。

关键词: 转捩模型, 横流修正, 高超声速修正, 三维边界层, 转捩模态

Abstract:

Standard models such as HIFiRE-5 and HyTRV are used in the validation of hypersonic three-dimensional boundary layer transition. Hypersonic crossflow transition correction is proposed in the C-γ-Re_θ transition model based on the original γ-Re_θ transition model. In this study， the C-γ-Re_θ transition model is applied to transition simulation of HIFiRE-5 and HyTRV under flight test and wind tunnel test conditions. For the flight test of HIFiRE-5， transition prediction is conducted under the conditions including eight typical altitudes and one attitude angle， the results of the C-γ-Re_θ transition model are consistent with the heat-flux measurements， and the transition modes on the surface of HIFiRE-5 are compared. For the quiet/noise wind tunnel test of HIFiRE-5， the C-γ-Re_θ transition model can accurately calculate the transition front shape and the transition onset location， and the results coincide with the temperature difference measurements. For the noise wind tunnel test of HyTRV， the C-γ-Re_θ transition model calculation results of the upper and lower surfaces match with the infrared thermogram measurements under the conditions involving various Reynolds numbers and Mach numbers， and the ability to predict boundary layer transition in the crossflow mode is verified. Its prediction precision of the transition onset location and the transition front shape is on par with the e ^N method based on LST. As shown in the numerical simulation results， for each of the flight test and the quiet/noise wind tunnel test， the C-γ-Re_θ transition model maintains high prediction reliability， and has achieved hypersonic three-dimensional boundary layer transition prediction for typical standard models.

Key words: transition model, crossflow correction, hypersonic correction, three-dimensional boundary layer, transition mode

中图分类号:

V211.3

胡震宇, 肖丰收, 陈坚强, 袁先旭, 张毅锋, 向星皓. 基于C-γ-Re_θ 模型的多模态高超声速边界层转捩预测[J]. 航空学报, 2024, 45(12): 129215-129215.

Zhenyu HU, Fengshou XIAO, Jianqiang CHEN, Xianxu YUAN, Yifeng ZHANG, Xinghao XIANG. Prediction of multi-mode hypersonic boundary layer transition based on C-γ-Re_θ model[J]. Acta Aeronautica et Astronautica Sinica, 2024, 45(12): 129215-129215.

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参考文献 45

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E-mail：hkxb@buaa.edu.cn

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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

工况	湍流度 Tu/%	粗糙度 h/μm	马赫数 Ma	单位雷诺数 Re/（10⁶ m^-1）	飞行高度 H_p/m
1	0.1	2	7.70	5.0	26.36
2			7.73	6.0	25.24
3			7.77	8.0	23.48
4			7.82	10.0	22.14
5			7.85	12.0	21.05
6			7.87	14.0	20.12
7			7.90	17.0	18.91
8			7.85	20.0	17.84

工况	湍流度 Tu/%	粗糙度 h/μm	单位雷诺数Re/（10⁷ m^-1）	马赫数 Ma
1	4.0	1.6	0.46	6
2	4.0	1.6	0.98	6
3	4.0	1.6	2.38	6
4	4.0	1.6	0.99	5
5	4.0	1.6	1.04	7
6	4.0	1.6	0.99	8

工况	X_model/m	X_Exp/m^［32］	ΔX/%
1	0.66	0.80	16.26
2	0.57	0.60	3.48
3	0.44	0.45	1.16
4	0.37	0.35	2.32
5	0.32	0.35	3.48
6	0.28	0.30	2.32
7	0.25	0.30	5.81
8	0.22	0.30	9.29

Ma	X_Exp/m	X_e_N /m	X_model/m	ΔX/%
5	0.48	0.44	0.48	0.00
6	0.56	0.52	0.54	2.50
7	0.64	0.62	0.60	5.00
8	0.71	0.70	0.69	2.50

Ma	X_Exp/m	X_e_N /m	X_model/m	ΔX/%
5	0.46	0.44	0.64	22.50
6	0.55	0.52	0.54	1.25
7	0.62	0.60	0.55	8.75
8	0.64	0.60	0.58	7.50

基于C-γ-Re_θ 模型的多模态高超声速边界层转捩预测

Prediction of multi-mode hypersonic boundary layer transition based on C-γ-Re_θ model

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基于C-γ-Reθ 模型的多模态高超声速边界层转捩预测

Prediction of multi-mode hypersonic boundary layer transition based on C-γ-Reθ model

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