[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

说明书

本发明提供了一种风洞扰动对超声速层流边界层厚度影响的分析方法，通过风洞试验获得边界层内第二模态波频率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，该方法融合了第二模态波频率测量值f_2nd，可反映风洞真实流场信息，采用边界层厚度计算值δ_CFD为参考量进行无量纲化，可进行不同来流流场条件下模型表面不同位置边界层厚度的对比，该方法适用于风洞来流扰动对层流边界层厚度的影响研究，该方法对流场无干扰，对试验测量设备要求低，通用性强。

技术领域

本发明属于试验测量技术领域，特别涉及一种风洞扰动对超声速层流边界层厚度影响的分析方法。

背景技术

数值模拟计算方法可获得部分边界层流动信息，但是对于超声速流动，现有的数值模拟计算方法尚难以考虑来流扰动对边界层厚度的影响。而在超声速风洞中，进行层流边界层厚度测量主要有两种方法，分别为介入式测量方法(热线法和压力耙法)和光学测量方法(聚焦纹影技术，瑞利散射技术和NPLS等)。介入式测量方法由于测量装置的引入，对流场存在干扰，另外介入式测量方法的空间分辨率较低，测量误差大。光学测量方法对设备要求较高，设备在不同风洞中的可移植性差。另外，由于不同风洞来流参数(来流马赫数、来流总压和总温等)不完全一致，不同风洞中获得的边界层厚度值难以直接进行对比。

发明内容

为了克服现有技术中的不足，本发明人进行了锐意研究，提供了一种风洞扰动对超声速层流边界层厚度影响的分析方法，通过风洞试验获得边界层内第二模态波频率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，该方法融合了第二模态波频率测量值f_2nd，可反映风洞真实流场信息，采用边界层厚度计算值δ_CFD为参考量进行无量纲化，可进行不同来流流场条件下模型表面不同位置边界层厚度的对比，该方法适用于风洞来流扰动对层流边界层厚度的影响研究，该方法对流场无干扰，对试验测量设备要求低，通用性强。

本发明提供的技术方案如下：

一种风洞扰动对超声速层流边界层厚度影响的分析方法，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；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；