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2018年  第3卷  第2期

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等离子体激励器在航空航天工程中的应用前景
SHANGJoseph J S, 严红, 刘凡
2018, 3(2): 1-12. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.02.001
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摘要:
文章基于等离子体的Joule加热、静电力、Hall效应以及Lorentz加速度等固有特性，对等离子体在航空航天领域（不包括电推进和飞行器再入热防护方面）中的应用进行总结及评估.等离子体激励器在亚声速流到高超声速流的整个空气动力学领域及稀薄流领域，得到了广泛的应用.真正引人瞩目的是，与所控制的流场相比，应用中所加入的电磁力或能量仅仅与其扰动水平相当.因此，有效的流动控制往往就限制在像流动分离、流体动力学不稳定性、动态失速和涡破碎等动力学分岔问题中.有效的控制应用通常是利用有黏-无黏流相互作用的放大效应、外部磁场或微波能量的加入等来增强其控制效果.最后文章根据这些评估，对未来学科前沿提出了几点基础创新研究方向的建议.
非均衡湍流研究进展
赵宏凯, 方乐, 陆利蓬
2018, 3(2): 13-26. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.02.002
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摘要:
Richardson-Kolmogorov能量级串理论是湍流研究中最重要的基础理论，其中一个推论是能量的传输和耗散应当是均衡的，对应于耗散系数${C_\mathit{\boldsymbol{\epsilon}}}$为常数.然而近些年的实验及数值模拟都发现了不符合Richardson-Kolmogorov能量级串理论的非均衡耗散律，即使在此区域内Reynolds数足够高，能谱满足Kolmogorov的-5/3标度律，${C_\mathit{\boldsymbol{\epsilon}}}$也不为常数，而满足${C_\mathit{\boldsymbol{\epsilon}}}$~ReIm/ReLn，其中m≈1≈n，ReI为入口Reynolds数，ReL为以积分尺度为特征长度的当地Reynolds数.近三年来又发现流向速度梯度扭率Sk和Lagrange速度梯度自相关的时间演化Φ'ijij也可以用来度量非均衡湍流现象，为非均衡湍流的研究开辟了新路.
超声速气流中的爆震推进理论与研究进展
张少杰, 蔡晓东, 陈伟强, 苗世坤
2018, 3(2): 27-38. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.02.003
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摘要:
爆震燃烧近似为等容燃烧，理论上其热循环效率高于基于等压燃烧的爆燃燃烧，在超声速推进系统中具有潜在的应用价值.通过总结超声速气流中的爆震推进理论与研究进展，分析其需要解决的关键科学与技术问题，指导未来高超声速发动机的基础研究.文章重点总结了适用于高超声速飞行的斜爆震发动机、超声速脉冲爆震冲压发动机的基础研究进展.其中对斜爆震发动机的应用模式、相关实验研究思路及方法、数值仿真现状进行了总结分析.对超声速脉冲爆震冲压发动机的基础理论研究现状和目前研究的难点进行了梳理.基于爆震燃烧的超燃冲压发动机具有推进系统自增压、燃烧效率高、推力性能好、推进效率高、燃烧室长度短、结构重量轻等优势，文章总结了该发动机当前的发展进程和最新的研究进展，并对其未来的发展方向以及存在的技术问题进行了分析.
转捩与湍流对激波边界层干扰及底部流动结构的影响
尚庆, 沈清
2018, 3(2): 39-46. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.02.004
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摘要:
为研究转捩与湍流对激波边界层干扰及底部流动结构的影响，文章选取了二维与三维高超声速双斜面进气道模型与大钝头着陆器模型，并使用γ-Reθ转捩模型开展数值模拟研究.研究表明，对于二维进气道模型，随着前缘钝度的增加，激波边界层干扰位置前移，分离区变大，与层流流动情况相比，有转捩流动发生时，激波边界层干扰位置后移，同时分离流动强度变弱，分离区缩小；对于三维进气道模型，其拐角附近的分离流动呈现明显的三维特征，转捩流动也存在三维流动结构，与静风洞状态相比，噪音风洞状态下，有转捩流动发生，对壁面热流影响较大，对激波系影响很小.对于着陆器模型，底部流动发生转捩，使得底部流动由不稳定非定常的流动结构变为稳定定常的流动结构，这有益于姿态控制设计.
尺度自适应模拟和大涡模拟的关联性分析
许常悦, 倪竹青, 孙智, 张延泰
2018, 3(2): 47-56. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.02.005
75 2
摘要:
采用理论分析和数值模拟相结合的方法，系统研究了尺度自适应模拟（scale-adaptive simulation，SAS）和大涡模拟（large-eddy simulation，LES）的关联性问题.在理论分析方面，对比分析了系综平均和滤波的定义、Spalart-Allmaras（SA）湍流模型和动态亚格子（subgrid-scale，SGS）模型关于湍流黏性系数的求解方式.理论分析结果表明，系综平均等价于盒式直接滤波，SAS和LES的控制方程在数学形式上具有一致性；SAS存在过多的湍流耗散，主要来自于SA输运方程中的扩散项.在数值模拟方面，选取来流Mach数0.55，Reynolds数2×105的圆柱可压缩绕流为分析算例.计算结果表明，SAS和LES预测的大尺度平均流场信息几乎一致，SAS预测的湍流脉动信息略低于LES.SAS在圆柱近尾迹区的湍流耗散过大，而在稍远的尾迹区几乎能够完全等效于LES.

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