高超声速尖锥边界层流动稳定性的子波分析与互双谱分析.pdf

1、高超声速边界层的不稳定性和转捩是航空航天的关键基础问题之一。高超声速边界层从层流转捩成为湍流，可以使航天器壁面摩擦阻力和壁面热流大幅度增加，从而对航天器的姿态控制、燃料消耗、结构设计和热防护产生重要影响。本文在自由来流马赫数6的高超声速风洞中对半锥角5°的尖锥高超声速边界层稳定性和转捩进行了实验研究，在尖锥表面沿母线安装了28个铂膜热电阻温度传感器，测量壁面瞬时脉动热流通量沿尖锥一条母线轴向的分布。
　　 本文提出了一种基于子波

2、变换的研究高超声速边界层稳定性和转捩的新方法。对测量得到的壁面瞬时脉动热流信号进行多尺度连续子波变换，对信号进行子波谱、双谱和互双谱综合分析，并且利用条件采样和相位平均的方法分析了信号中第一、第二模态不稳定扰动沿流向的发展。
　　 本文对瞬时脉动热流信号进行连续子波变换，发现子波系数的一些局部极大值的尺度范围是200KHz到300KHz，对应了第二模态扰动。第二模态扰动沿流向不断发展，在测点X=480mm处转捩达到峰值。条件采样

3、方法利用子波系数为指标，从信号中提取不稳定扰动信号。利用相位平均技术得到第二模态不稳定扰动的整体波形，扰动的幅值先增长后下降且波形发生变化，从不对称变得对称。
　　 本文对瞬时脉动热流信号进行子波双谱分析，发现流动初期第一、第二模态扰动在边界层的演化中同时起作用，随着流向位置的增加，第二模态扰动的增长率超过低频模态。在测点X=480mm处非常清楚地识别到第一模态与第二模态的频带范围。对信号进行互双谱分析，发现不同频率的第二模态扰