高超声速进气道不起动流场大尺度分离流动的实验研究

The start of hypersonic inlet is a guarantee for the normal work of the scramjet and the hypersonic vehicle. The flowfield in the hypersonic inlet is very complicated and the transformation between the start and unstart is prompt, which make the research difficult. The marked characteristic of the inlet unstarted flowfield is the large-scale separation located in the entrance of the inner-contraction of the inlet. The large-scale separation in the unstarted flowfield will be researched by experiment based on the prophase research in the study. The fine three-dimensional flowfield and the unsteady characteristic of the large-scale separation will be achieved by experiments and the flow model of the time-averaged flowfield of the large-scale separation will be established. The mechanisms of the formation and vanish of the large-scale separation under the three conditions, which are Mach number change, contraction ratio change and high backpressure, will be experimentally investigated by Mach number changeable wind tunnel. With these studies, the knowledge of the large-scale separation in the unstarted inlet will be improved and the mechanism of the inlet start/unstart will be revealed, which will promote the design and research of the hypersonic inlet.

高超声速进气道起动与否是关系超燃冲压发动机能否正常工作乃至整个高超声速飞行成败的关键因素之一。高超声速进气道不起动流场结构复杂，且起动与不起动过程中流场变化迅速，研究难度较大。进气道不起动流场最显著的标志在于内收缩段入口处存在大尺度分离流动，本项目拟在前期工作的基础上对高超声速进气道不起动大尺度分离流动开展实验研究。通过实验的方法获取大尺度分离流动的精细流场结构及非定常特性，并结合理论分析建立相应的大尺度分离流动模型。借助于变Ma数风洞等实验设备，研究来流变Ma数、变收缩比以及反压作用下不起动大尺度分离流动的形成及消失机制。项目研究将加深对高超声速进气道不起动大尺度分离流动的认识，揭示进气道起动/不起动的流动机理，为提升进气道的起动性能以及改进进气道设计方法等提供参考。

针对高超声速进气道不起动流场大尺度分离流动现象中存在的科学问题，本文综合运用了数值模拟、实验和理论分析的方法，以提升进气道的起动性能以及改进进气道设计方法为目的，开展了高超声速进气道大尺度分离流动机理研究。.开展了高超声速进气道大尺度分离的流场结构及流动特性的实验研究，获得了进气道激波诱导边界层分离流动的精细三维流场结构，构建了流动的三维特征。开展了大尺度分离的非定常流动特性的研究，观测到进气道起动/不起动的过程；基于边界层分离的自由相互作用理论，建立了大尺度分离流动的时均流场结构模型，实现了对进气道不起动参数的预测。.完成了进气道不起动大尺度分离形成及消失机制的研究。开展了变Ma数来流条件下进气道内收缩段大尺度分离的流场结构，对比分析了不同Ma数下进气道不起动大尺度分离形成及消失的流场结构；实验研究了变几何进气道在变收缩比条件下大尺度分离形成及消失的过程；研究了在反压作用下，进气道不起动/再起动的流动过程，获取了泛亚作用下大尺度分离形成及消失的机理，发现了反压通过边界层分离区向前传导进而影响整个流道的特征。