激波风洞7°尖锥边界层转捩实验研究

栗继伟，卢盼，2，汪球，2，*，赵伟，2

（1.中国科学院力学研究所 高温气体动力学国家重点实验室，北京100190；2.中国科学院大学 工程科学学院，北京100049）

边界层转捩是指边界层流动从层流发展到湍流的过程，是一个由多种因素耦合的非线性复杂流动物理现象。转捩问题是流体力学重要的基础研究课题之一，与湍流问题一起被称为“百年（或世纪）难题”。转捩问题在低速流方面已经有了一定的进展，但对于高超声速边界层转捩问题，低速流动的稳定性理论将不再适用，国内外学者在理论研究、数值模拟（DNS）、地面实验及飞行实验方面开展了大量研究工作，近年来虽然也有一些进展，但是仍存在严重的不足，相关研究具有重要的工程及学术价值［1-4］。

Mack［5］利用线性稳定性理论首先发现，在高超声速边界层中，除了T-S不稳定波外，还存在一族在壁面和边界层内来回反射的高频谐波，其中最不稳定的一个被称为Mack第二模态波。Mack第二模态与第一模态T-S波在高超声速边界转捩中都起到作用，但何种模式在转捩过程中起主导作用还没有统一认识［6］。目前，对高超声速转捩研究的手段主要有飞行试验、数值模拟及高超声速风洞地面实验。飞行试验来流为真实来流，其提供的转捩实验数据可作为转捩预测的基准数据。但飞行试验中实验条件存在诸多限制，如对试验高度大气来流扰动认识不足，试验传感器种类及测点位置选择有限，试验过程中飞行器烧蚀对表面流动状态如壁温、表面粗糙度等的影响［7］，这些限制条件使得对影响高超声速转捩因素的细致研究十分困难；……