[发明专利]一种风洞扰动对超声速层流边界层厚度影响的分析方法

权利要求书

1.一种风洞扰动对超声速层流边界层厚度影响的分析方法，其特征在于，包括通过风洞试验测得边界层第二模态波频率f_2nd，通过数值模拟计算获得边界层外缘速度U_e和边界层厚度计算值δ_CFD，基于第二模态波频率f_2nd与边界层外缘速度U_e和边界层厚度δ的关系，换算获得边界层厚度值δ_EXP，采用边界层厚度计算值δ_CFD作为参考量获得无量纲边界层厚度δ_EXP/δ_CFD，对比风洞不同扰动来流条件下的无量纲边界层厚度δ_EXP/δ_CFD，获得风洞来流扰动对层流边界层厚度的影响规律。

2.根据权利要求1所述的风洞扰动对超声速层流边界层厚度影响的分析方法，其特征在于，该分析方法具体包括如下步骤：

步骤(1)，在超声速风洞试验中，采用脉动压力传感器测量模型表面脉动压力，获得脉动压力时域信息；

步骤(2)，采用频谱变换方法，将步骤(1)测得的脉动压力时域信息变换为频域信息；

步骤(3)，基于步骤(1)测得的脉动压力时域信息，采用雷诺平均数值模拟计算方法，按照风洞试验流场条件计算模型周围流场，沿模型测点位置壁面法线方向提取速度信息，获得测点位置边界层厚度计算值δ_CFD和边界层外缘速度U_e；

步骤(4)，基于步骤(3)雷诺平均数值模拟计算获得的层流边界层流场信息，对模型表面边界层流场进行稳定性分析，获得边界层内第二模态最不稳定扰动波频率，选择与稳定性分析获得的边界层内第二模态最不稳定扰动波频率最为接近的试验测量频率峰值为第二模态波频率f_2nd；

步骤(5)，基于第二模态波频率f_2nd与边界层厚度δ和边界层外缘速度U_e的关系，换算获得边界层厚度值δ_EXP；

步骤(6)，采用步骤(3)中获得的测点位置边界层厚度计算值δ_CFD作为参考量，边界层厚度值δ_EXP除以参考量，获得无量纲边界层厚度δ_EXP/δ_CFD；

步骤(7)，对比风洞不同扰动来流条件下的无量纲边界层厚度δ_EXP/δ_CFD，获得风洞来流扰动对层流边界层厚度的影响规律。

3.根据权利要求1所述的风洞扰动对超声速层流边界层厚度影响的分析方法，其特征在于，步骤(1)中，在超声速风洞试验中，超声速风洞的来流速度大于声速。

4.根据权利要求1所述的风洞扰动对超声速层流边界层厚度影响的分析方法，其特征在于，步骤(1)中，所述高频脉动压力传感器安装于模型表面测压孔中，高频脉动压力传感器不凸出模型表面。

5.根据权利要求1所述的风洞扰动对超声速层流边界层厚度影响的分析方法，其特征在于，步骤(1)中，所述脉动压力传感器为高频脉动压力传感器，响应频率＞500kHz，传感器的采集频率≥2MHz。

6.根据权利要求1所述的风洞扰动对超声速层流边界层厚度影响的分析方法，其特征在于，步骤(2)中，所述频谱变换方法包括傅里叶变换方法。

7.根据权利要求1所述的风洞扰动对超声速层流边界层厚度影响的分析方法，其特征在于，步骤(3)中，选择随着与模型壁面的距离逐渐增加，速度值不再增加时的速度为边界层外缘速度U_e，对应位置距离模型表面距离的99％为边界层厚度计算值δ_CFD。

8.根据权利要求1所述的风洞扰动对超声速层流边界层厚度影响的分析方法，其特征在于，步骤(5)中，所述第二模态波频率f_2nd与边界层厚度δ和边界层外缘速度U_e的关系通过以下关系式表达：其中，系数A为常数。