Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Áp lực bề mặt dưới một lớp biên chuyển tiếp siêu âm trên một hình nón tròn nghiêng
Tóm tắt
Các đặc tính của áp lực bề mặt dưới lớp biên chuyển tiếp siêu âm trên một hình nón tròn nửa góc 7 độ tại góc tấn 6 độ được nghiên cứu bằng phương pháp Mô phỏng số trực tiếp. Áp lực bề mặt có hai đỉnh tần số rõ rệt. Đỉnh tần số thấp với f≈10−50 kHz rất có thể là chế độ dòng chảy chéo không ổn định dựa trên hướng truyền của nó, tức là theo hướng trục và hướng về tia đối xứng phía gió. Các đỉnh tần số cao tỷ lệ thuận với độ dày lớp biên tại chỗ. Dọc theo các quỹ đạo của các xoáy dòng chảy chéo tĩnh, vị trí của áp lực bề mặt cao tần mạnh di chuyển từ đáy của rãnh nơi mà lớp biên mỏng đến đáy của vai nơi mà lớp biên dày. Bằng cách so sánh trường áp lực với trường áp lực bên trong một lớp biên chuyển tiếp dạng cánh quét tốc độ cao bị chi phối bởi chế độ dòng chảy chéo thứ cấp loại z, chúng tôi phát hiện rằng tín hiệu tần số cao bắt nguồn từ chế độ Mack và phát triển thành bất ổn định dòng chảy chéo thứ cấp.
Từ khóa
#áp lực bề mặt; lớp biên siêu âm; mô phỏng số; chế độ Mack; bất ổn định dòng chảy chéoTài liệu tham khảo
Su C, Zhou H (2007) Stability analysis and transition prediction of hypersonic boundary layer over a blunt cone with small nose bluntness at zero angle of attack. Appl Math Mech 28:563–572.
Hader C, Fasel HF (2019) Three-dimensional wave packet in a Mach 6 boundary layer on a flared cone. J Fluid Mech 885:3.
Paredes P, Choudhari MM, Li F (2020) Mechanism for frustum transition over blunt cones at hypersonic speeds. J Fluid Mech 894:22.
Muñoz F, Heitmann D, Radespiel R (2014) Instability modes in boundary layers of an inclined cone at Mach 6. J Spacecr Rocket 51:442–454.
Ward CAC, Henderson RO, Schneider SP (2015) Possible secondary instability of stationary crossflow vortices on an inclined cone at Mach 6. AIAA Paper 46:2773–2913.
Craig SA, S. SW (2016) Crossflow instability in a hypersonic boundary layer. J Fluid Mech 808:224–244.
Edelman JB, Casper KM, Henfling JF, Spillers RW (2017) Crossflow transition on a pitched cone at Mach 8. AIAA Paper 46:2899–2913.
Edelman JB, Schneider SP (2018) Secondary instabilities of hypersonic stationary crossflow waves. AIAA J 56:182–192.
Neel IT, Leidy AN, Tichenor NR, Bowersox RDW (2018) Influence of environmental disturbances on hypersonic crossflow instability on the HIFiRE-5 elliptic cone In: SciTech Forum, AIAA, 1821. https://doi.org/10.2514/6.2018-1821.
Li F, Choundhari M, Paredes P, Duan L (2016) High-frequency instabilities of stationary crossflow vortices in a hypersonic boundary layer. Phys Rev Fluids 1:053603.
Paredes P, Gosse R, Theofilis V, Kimmel R (2016) Linear modal instabilities of hypersonic flow over an elliptic cone. J Fluid Mech 804:442–466.
Moyes AJ, Paredes P, Kocian TS, Reed HL (2017) Secondary instabilitiy analysis of crossflow on a hypersonic yawed straight circular cone. J Fluid Mech 812:370–397.
Xu G, Chen J, Dong S, Fu S (2019) The secondary instabilities of stationary cross-flow vortices in a Mach 6 swept wing flow. J Fluid Mech 873:914–941.
Kimmel RL, W. AD, Borg MP, S. JJ, Juliano TJ, A. SS, T. BK (2019) First and fifth hypersonic international flight research experiment’s flight and ground tests. J Spacecr Rocket 56(2):421–431.
Mack LM (1984) Boundary-layer linear stability theory. AGARD Rep. 709.
Malik MR, Li F, Choudhari MM, Chang C (1999) Secondary instability of crossflow vortices and swept-wing boundary layer transition. J Fluids Mech 399:85–115.
Bonfigli G, Kloker M (2007) Secondary instability of crossflow vortices: validation of the stability theory by direct numerical simulation. J Fluid Mech 583:229–272.
Bernardini M, Pirozzoli S (2011) Wall pressure fluctuations beneath supersonic turbulent boundary layers. Phys Fluids 23:085102.
Bernardini M, Pirozzoli S, Grasso F (2011) The wall pressure signature of transonic shock/boundary layer interaction. J Fluid Mech 671:288–312.
Choi H, Moin P (1990) On the space-time characteristics of wall-pressure fluctuations. Phys Fluids 2(8):1450.
Ritos K, Drikakis D, Kokkinakis IW (2019) Acoustic loading beneath hypersonic transitional and turbulent boundary layers. J Sound Vib 441:50–62.
Fedorov AV (2015) Prediction and control of laminar-turbulent transition in high-speed boundary-layer flows. Procedia IUTAM 14:3–14.
Dörr PC, Kloker MJ (2016) Transition control in a three-dimensional boundary layer by direct attenuation of nonlinear crossflow vortices using plasma actuators. Intl J Heat Fluid Flow 61:449–465.
Friederich T, Kloker MJ (2012) Control of the secondary cross-flow instability using localized suction. J Fluid Mech 706:470–495.
Malik M, Liao W, Li F, Choudhari M (2015) Discrete-roughness-element-enhanced swept-wing natural laminar flow at high Reynolds numbers. AIAA J 53:2321–2334.
Chen X, Chen J, Dong S, Xu G, X. Y (2020) Stability analyses of leeward streamwise vortices for a hypersonic yawed cone at 6 degree angle of attack. Acta Aerodynamica Sin 38(2):299–307.
Li X, Fu D, Ma Y (2010) Direct numerical simulation of hypersonic boundary layer transition over a blunt cone with a small angle of attack. Phys Fluids 22:025105.
Li X, Fu D, Ma Y (2008) Direct numerical simulation of hypersonic boundary-layer transition over a blunt cone. AIAA J 46:2899–2913.
Zhang Y, Bi W, Hussain F, She Z (2014) A generalized Reynolds analogy for compressible wall-bounded turbulent flows. J Fluid Mech 739:392–420.
Zheng W, Yang Y, Chen S (2016) Evolutionary geometry of Lagrangian structures in a transitional boundary layer. Phys Fluids 28:035110.
Tong FL, Li XL, Duan YH, Yu CP (2017) Direct numerical simulation of supersonic turbulent boundary layer subjected to a curved compression ramp. Phys Fluids 29:125101.
Chen X, Huang GL, Lee CB (2019) Hypersonic boundary layer transition on a concave wall: stationary Görtler vortices. J Fluid Mech 865:1–40.
Zheng W, Ruan S, Yang Y, He L, Chen S (2019) Image-based modeling of the skin-friction coefficient in compressible boundary-layer transition. J Fluid Mech 875:1175–1203.
Jiang G, Shu C (1996) Efficient implementation of weighted ENO schemes. J Comput Phys 126:202.
Swanson EO, Schneider SP (2010) Boundary layer transition on cones at angle of attack in a Mach-6 quiet tunnel. Paper, AIAA:1062.
Gronvall JE, Johnson HB, Candler GV (2012) Hypersonic three-dimensional boundary transition on a cone at angle of attack. Paper, AIAA:2822.
Mack LM (1987) Stability of axisymmeric boundary layers on sharp cones at hypersonic Mach numbers. AIAA Conference Paper 87:1413.