在马赫数6下尖锥边界层中三维波包发展的数值研究

摘要 进行了直接数值模拟，以研究在马赫数6的尖锥边界层中的波包。为了理解高超音速锥形边界层中的自然过渡过程，流动是通过短时（局部）脉冲强迫的。脉冲扰动发展成一个三维波包，包含了广泛的扰动频率和波数。首先，通过用低幅度脉冲（自由流速度的0.001%）强迫流动，研究了波包的线性发展。所得到的波包中的主导波被确认是二模轴对称扰动波。此外，在波包的侧面上也观察到了较弱的第一模斜扰动波。为了研究非线性过渡状态，引入了大幅度脉冲扰动（自由流速度的0.5%）。流对大幅度脉冲扰动的响应表明存在基本共振机制。在扰动波谱中，在高幅度频段的频率大约一半的位置识别出了较低的次级峰，暗示了次谐共振机制的可能性。然而，谱图还表明基本共振比次谐共振强得多。使用控制扰动的二次稳定性研究证实，基本共振确实是相对于次谐共振的主导机制。此外，还观察到低方位波数的二模斜波动扰动波谱中存在强峰，暗示了可能的斜破裂机制。因此，波包模拟表明在所研究的流动中，二模基本共振和斜破裂机制是最强的。因此，这两种机制可能与马赫数6的锥形边界层的自然过渡过程相关。