高超声速飞行器激波与边界层减阻控制

本书提出基于等离子体合成射流及其改进方法的激波减阻技术、发展应用于高超声速湍流边界层减阻的自持合成射流控制系统，并开展高超声速湍流边界层减阻控制精细流场与减阻分析。本书主要面向从事高超声速领域，尤其是关注高超声速飞行器激波、边界层等典型基础流动及其控制问题的科研人员和工程师等，希望能有利于科研、教学及人才培养。

丛书序

前言

第1章 绪论 1

1.1 研究背景及意义/1

1.2 超声速/高超声速激波减阻技术研究进展/2

1.2.1 激波针减阻技术/2

1.2.2 能量沉积减阻技术/4

1.2.3 高速射流减阻技术/6

1.2.4 组合减阻技术/7

1.3 湍流边界层减阻控制研究进展/9

1.3.1 湍流边界层及其减阻控制概述/10

1.3.2 湍流边界层减阻控制方法/11

1.3.3 湍流边界层减阻研究进展评述/21

1.4 高超声速边界层转捩延迟控制研究进展/21

1.4.1 高超声速边界层转捩特性概述/22

1.4.2 高超声速边界层转捩延迟控制技术/24

1.4.3 转捩延迟控制进展评述/35

参考文献/36

第2章 逆向等离子体合成射流减阻特性数值模拟研究 51

2.1 数值模拟设置/52

2.2 逆向等离子体合成射流流场特性分析/55

2.3 逆向等离子体合成射流减阻参数研究/59

2.3.1 参数影响分析/59

2.3.2 出口直径的影响/60

2.3.3 放电能量的影响/64

2.3.4 来流马赫数和静压的影响/66

2.3.5 来流攻角的影响/69

2.4 本章小结/74

参考文献/74

第3章 Laval构型等离子体合成射流逆向喷流减阻特性研究 76

3.1 实验与数值模拟设置/77

3.1.1 实验设置/77

3.1.2 数值模拟设置与验证/80

3.2 静态空气中等离子体合成射流特性分析/83

3.2.1 Laval构型和直形等离子体合成射流流场演化分析/83

3.2.2 Laval构型和直形等离子体合成射流特性对比/86

3.3 Laval构型逆向 ＰＳＪＡ 减阻特性研究/90

3.3.1 Laval构型和直形逆向等离子体合成射流流场特性对比/91

3.3.2 Laval构型和直形逆向等离子体合成射流减阻特性对比/91

3.4 本章小结/95

参考文献/96

第4章 充气式等离子体合成射流激波减阻特性研究 98

4.1 实验与数值模拟设置/99

4.1.1 实验设置/99

4.1.2 数值模拟设置/101

4.2 充气式等离子体合成射流静态特性实验与数值模拟研究/102

4.2.1 充气式等离子体合成射流实验研究/102

4.2.2 充气式等离子体合成射流数值模拟研究/104

4.3 充气式等离子体合成射流激波减阻特性研究/109

4.3.1 充气式等离子体合成射流激波控制特性实验研究/109

4.3.2 充气式逆向等离子体合成射流特性数值模拟研究/113

4.4 本章小结/119

参考文献/120

第5章 高超声速平板湍流边界层射流减阻控制数值模拟及实验研究 122

5.1 数值模拟方法/122

5.1.1 计算网格与边界条件/123

5.1.2 网格无关性验证/124

5.2 射流压力对局部减阻效果的影响/127

5.2.1 射流压力设置/127

5.2.2 计算与数据处理/129

5.2.3 结果分析/132

5.3 射流出口尺寸对局部减阻效果的影响/133

5.3.1 计算与数据处理/134

5.3.2 结果分析/137

5.4 射流压力、出口尺寸对于整体减阻效果的影响/138

5.4.1 数据处理/138

5.4.2 结果分析/140

5.5 能量自持射流控制实验/143

5.5.1 实验设备与仪器/143

5.5.2 实验模型/146

5.5.3 实验参数设计/146

5.5.4 自持射流流动控制效果/147

5.6 独立气源射流控制实验/155

5.6.1 实验模型/155

5.6.2 实验参数设计/157

5.6.3 射流减阻控制效果/157

5.6.4 参数影响规律/167

5.7 本章小结/173

参考文献/174

第6章 基于壁面吹气控制的高超声速湍流边界层减阻特性研究 175

6.1 高超声速湍流边界层速度 温度耦合减阻控制研究/175

6.1.1 来流条件与数值计算格式/175

6.1.2 数值验证/178

6.1.3 减阻率与收益评估/180

6.1.4 湍流统计与结构特性/183

6.2 减阻流场的拉格朗日拟序结构对比分析/191

6.2.1 有限时间李雅普诺夫方法/192

6.2.2 LCS对比分析/193

6.3 本章小结/197

参考文献/198

第7章 高超声速平板边界层转捩控制研究 200

7.1 高超声速边界层转捩特性研究/200

7.1.1 实验与数值设置/200

7.1.2 转捩控制结果/202

7.2 基于稳态壁面吹吸的高超声速边界层转捩控制研究/204

7.2.1 高超声速平板边界层线性稳定性分析/204

7.2.2 基于稳态壁面吹吸的高超声速边界层转捩控制研究/213

7.3 基于稳态壁面吹吸/微槽道组合的高超声速边界层转捩控制研究/224

7.3.1 基于微槽道的边界层转捩延迟控制研究/224

7.3.2 基于主被动组合的边界层转捩延迟控制研究/229

7.4 本章小结/234

参考文献/235