及声波产生机理-空气动力学学报.PDF

第25巷增刊 空气动力学学报 V01．25 2007年12月 ACTAAERODYNAMICASINICA Dec．，2007 文章编号：0258—1825(2007)增刊一0067．08 激波与旋涡对干扰研究：激波动力学特性 及声波产生机理 张树海1，徐庆新1，Yong．Tao Shu3 Zhan92，Chi．Wang (1．中国空气动力研究与发展中心，四川绵阳621000； of ofCaliforniaatlrvine，1wine，CA 2．DepartmentMathematics，University 92697，USA； 3．Divisionof Mathematics，Brown 02912，USA) Applied University，Providence，R1 我们研究了强度为I．05和1．2两个典型的激波同不同强度的旋涡对的干扰过程。根据激波动力学特性，我们把激 波与掠过型旋涡对干扰分成四类，而碰撞型于扰分成七种不同的类型。研究表明，激波与旋涡对干扰过程中，声波 产生有三种机制，激波与涡对的干扰，涡对之间的耦合以及激波与声波的干扰。 关键词：激波；旋涡对；干扰；声波 中图分类号：V211．3 文献标识码：A 模拟了同一问题，揭示了激波变形和激波聚焦的特 0引 言 性，给出了压力脉冲，然而，未涉及到声波的问题。I． 激波和旋涡是空气动力学的两个基本结构，它们 之间的干扰很普遍，常常出现在超音速剪切层、超音 涡对，发现了新的声波产生机理，但这种状态与涡列 速射流以及燃烧等问题中。特别地，由于超音速湍流 相差较大。我们曾试图利用具有一定攻角的翼形产 中激波与旋涡的共存，而且，由于湍流的复杂性，激波 与旋涡的干扰被视为激波与湍流干扰的一个简化模 节点的并行计算，仍无法得到收敛的结果。为此，我 型，是气动噪音的一个主要来源。 们利用与激波具有一定夹角的涡对作为涡列的一种 激波与单个旋涡的干扰是激波与湍流干扰的最 简化模型，试图揭示激波与涡列于扰的激波动力学特 性，揭示新的声波产生机理。 简化模型，开展了广泛的实验研究[1-3】、理论分析[] 以及直接数值模拟[8-11|。对此，Zhang(张树海)等[12] 1 数值方法 3研究了激 进行了综述研究。此外，Zhang(张树海)[t2 波与单个强旋涡的干扰，发现激波与强旋涡于扰具有 1．1物理模型 多级特性，第一级干扰是入射激波与初始旋涡的干 作为涡列的一种简化模型，旋涡对相对于激波有 扰，第二级干扰是反射激波与变形旋涡的干扰，第三 两种形态一碰撞型(colliding 级干扰是涡心附近形成的小激波串与变形激波的干 type)。碰撞型是指旋涡对所诱导的速度在垂直于激 扰，每一级干扰都有其内在的声波产生机制。 波方向分量与激波速度相反如图1(a)所示，而掠过 事实上，单个的旋涡在流场中很少存在，旋涡一 型是指涡对所诱导的速度在垂直于激波方向分量与 般是通过边界层分离或者剪切层的作用而产生的，通 激波速度相