激波風(fēng)洞7°尖錐邊界層轉(zhuǎn)捩實(shí)驗(yàn)研究

栗繼偉，盧盼，2，汪球，2，*，趙偉，2

（1.中國科學(xué)院力學(xué)研究所 高溫氣體動(dòng)力學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京100190；2.中國科學(xué)院大學(xué) 工程科學(xué)學(xué)院，北京100049）

邊界層轉(zhuǎn)捩是指邊界層流動(dòng)從層流發(fā)展到湍流的過程，是一個(gè)由多種因素耦合的非線性復(fù)雜流動(dòng)物理現(xiàn)象。轉(zhuǎn)捩問題是流體力學(xué)重要的基礎(chǔ)研究課題之一，與湍流問題一起被稱為“百年（或世紀(jì)）難題”。轉(zhuǎn)捩問題在低速流方面已經(jīng)有了一定的進(jìn)展，但對(duì)于高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩問題，低速流動(dòng)的穩(wěn)定性理論將不再適用，國內(nèi)外學(xué)者在理論研究、數(shù)值模擬（DNS）、地面實(shí)驗(yàn)及飛行實(shí)驗(yàn)方面開展了大量研究工作，近年來雖然也有一些進(jìn)展，但是仍存在嚴(yán)重的不足，相關(guān)研究具有重要的工程及學(xué)術(shù)價(jià)值［1-4］。

Mack［5］利用線性穩(wěn)定性理論首先發(fā)現(xiàn)，在高超聲速邊界層中，除了T-S不穩(wěn)定波外，還存在一族在壁面和邊界層內(nèi)來回反射的高頻諧波，其中最不穩(wěn)定的一個(gè)被稱為Mack第二模態(tài)波。Mack第二模態(tài)與第一模態(tài)T-S波在高超聲速邊界轉(zhuǎn)捩中都起到作用，但何種模式在轉(zhuǎn)捩過程中起主導(dǎo)作用還沒有統(tǒng)一認(rèn)識(shí)［6］。目前，對(duì)高超聲速轉(zhuǎn)捩研究的手段主要有飛行試驗(yàn)、數(shù)值模擬及高超聲速風(fēng)洞地面實(shí)驗(yàn)。飛行試驗(yàn)來流為真實(shí)來流，其提供的轉(zhuǎn)捩實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可作為轉(zhuǎn)捩預(yù)測(cè)的基準(zhǔn)數(shù)據(jù)。但飛行試驗(yàn)中實(shí)驗(yàn)條件存在諸多限制，如對(duì)試驗(yàn)高度大氣來流擾動(dòng)認(rèn)識(shí)不足，試驗(yàn)傳感器種類及測(cè)點(diǎn)位置選擇有限，試驗(yàn)過程中飛行器燒蝕對(duì)表面流動(dòng)狀態(tài)如壁溫、表面粗糙度等的影響［7］，這些限制條件使得對(duì)影響高超聲速轉(zhuǎn)捩因素的細(xì)致研究十分困難；同時(shí)飛行試驗(yàn)高昂的花費(fèi)及試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷牟豢芍貜?fù)利用也使得現(xiàn)有的飛行試驗(yàn)數(shù)據(jù)十分有限。數(shù)值模擬近年來在高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩的研究中取得了很大的進(jìn)展［8-9］。但由于其計(jì)算量巨大，能模擬的實(shí)例有限，計(jì)算中初始擾動(dòng)的引入有較大的人為影響因素，故其模擬通常為特定流場(chǎng)在特定擾動(dòng)條件下的因素，在認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)捩過程中參數(shù)影響方面的能力仍顯不足。

地面高超聲速風(fēng)洞能保證來流具有較好的重復(fù)性，易于實(shí)現(xiàn)各種來流及壁面條件下重復(fù)性的實(shí)驗(yàn)研究，是研究高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩的主要地面實(shí)驗(yàn)手段，但高超聲速轉(zhuǎn)捩受來流擾動(dòng)影響較大，F(xiàn)edorov［10］指出隨著初始擾動(dòng)幅值的增加，轉(zhuǎn)捩將經(jīng)過截然不同的幾種路徑。由于目前對(duì)高超聲速風(fēng)洞流場(chǎng)的背景擾動(dòng)認(rèn)識(shí)十分有限，不同風(fēng)洞的轉(zhuǎn)捩結(jié)果也可能由于其背景擾動(dòng)的不同呈現(xiàn)出較大的差異。背景噪聲水平與飛行條件相當(dāng)?shù)撵o音風(fēng)洞對(duì)轉(zhuǎn)捩機(jī)理的深入認(rèn)識(shí)具有重要作用，國內(nèi)北京大學(xué)和國防科技大學(xué)的靜音風(fēng)洞已經(jīng)建成并投入使用，并在靜音風(fēng)洞中開發(fā)出了多種轉(zhuǎn)捩現(xiàn)象的測(cè)試技術(shù)［11-15］。但目前靜音風(fēng)洞噴管口徑較小，來流雷諾數(shù)相對(duì)較低，在靜音風(fēng)洞中尖錐邊界層轉(zhuǎn)捩還難以發(fā)生，需要采用特殊措施如添加粗糙帶或具有逆壓梯度的裙錐模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。現(xiàn)有的風(fēng)洞設(shè)備仍以常規(guī)激波風(fēng)洞為主，在不同背景噪聲的激波風(fēng)洞中進(jìn)行轉(zhuǎn)捩實(shí)驗(yàn)?zāi)茉谝劳鞋F(xiàn)有的大量風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上加深對(duì)高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩的認(rèn)識(shí)。

早期關(guān)于邊界層不穩(wěn)定性的實(shí)驗(yàn)主要用熱線風(fēng)速儀作為測(cè)量手段，但其只能針對(duì)低速、連續(xù)式風(fēng)洞進(jìn)行實(shí)驗(yàn)［16-17］。高超聲速邊界層內(nèi)不穩(wěn)定性發(fā)展會(huì)在物體表面加載較強(qiáng)的壓力脈動(dòng)，通過研究這種壓力脈動(dòng)的特性和發(fā)展規(guī)律有助于加深對(duì)轉(zhuǎn)捩過程中物理機(jī)制的認(rèn)識(shí)，同時(shí)對(duì)轉(zhuǎn)捩位置的預(yù)測(cè)提供一定的理論依據(jù)。國內(nèi)外已經(jīng)開展了在高超聲速風(fēng)洞中測(cè)量高頻脈動(dòng)壓力的工作［18-24］，這些實(shí)驗(yàn)觀察到了高超聲速邊界層中第二模態(tài)波的產(chǎn)生與發(fā)展，表明用高頻脈動(dòng)壓力傳感器研究邊界層轉(zhuǎn)捩過程是可行的。另外，轉(zhuǎn)捩過程中熱流具有顯著的提升，熱流的測(cè)量一直是風(fēng)洞實(shí)驗(yàn)中判斷轉(zhuǎn)捩位置的重要依據(jù)之一。天津大學(xué)韓健等利用薄膜電阻溫度計(jì)在馬赫數(shù)6的炮風(fēng)洞上進(jìn)行了5°尖錐的熱流測(cè)量，對(duì)熱流信號(hào)的小波分析揭示了轉(zhuǎn)捩過程中熱流擾動(dòng)的分布特征，但受模型尺寸的限制并未觀察到轉(zhuǎn)捩結(jié)束位置［25-26］。ALTP（Atomic Layer Thermopile）高頻熱流傳感器的脈動(dòng)熱流的測(cè)量結(jié)果也揭示了轉(zhuǎn)捩過程中熱流脈動(dòng)度的增長，小波分析的結(jié)果也出現(xiàn)了與壓力脈動(dòng)類似的第二模態(tài)不穩(wěn)定現(xiàn)象，揭示了第二模態(tài)不穩(wěn)定波的波包特性［27-28］。雖然國內(nèi)外在邊界層轉(zhuǎn)捩的實(shí)驗(yàn)研究方面已經(jīng)取得了一定進(jìn)展，對(duì)于高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩的準(zhǔn)確預(yù)測(cè)目前仍然沒有統(tǒng)一的理論和計(jì)算方法，亟待更多的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來分析其機(jī)理并建立轉(zhuǎn)捩預(yù)測(cè)模型。

本文針對(duì)高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩問題，在中國科學(xué)院力學(xué)研究所JF8A高超聲速激波風(fēng)洞中開展了7°半錐角的尖錐邊界層轉(zhuǎn)捩實(shí)驗(yàn)研究，利用響應(yīng)頻率達(dá)到1 MHz量級(jí)的高頻壓力傳感器對(duì)風(fēng)洞自由流及尖錐壁面脈動(dòng)壓力進(jìn)行了測(cè)量，給出了風(fēng)洞試驗(yàn)狀態(tài)下的自由流噪聲及尖錐模型表面擾動(dòng)波的發(fā)展過程。本文研究結(jié)果能夠?yàn)楦叱曀龠吔鐚愚D(zhuǎn)捩的數(shù)值及理論分析提供數(shù)據(jù)支撐。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)置

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及實(shí)驗(yàn)狀態(tài)

本文實(shí)驗(yàn)在中國科學(xué)院力學(xué)研究所JF8A高超聲速激波風(fēng)洞中進(jìn)行，如圖1所示，該激波風(fēng)洞是一座中等規(guī)模的激波風(fēng)洞，同時(shí)兼有激波風(fēng)洞和炮風(fēng)洞2種運(yùn)行模式。風(fēng)洞采用壓縮空氣作為驅(qū)動(dòng)氣源，通過更換噴管能夠獲得馬赫數(shù)5～15的實(shí)驗(yàn)氣流，風(fēng)洞的噴管出口直徑800 mm，試驗(yàn)段長度超過2 m，試驗(yàn)段后串接的真空艙容積超過100 m3，風(fēng)洞單位雷諾數(shù)最高可達(dá)5×107/m，有效試驗(yàn)時(shí)間根據(jù)不同的實(shí)驗(yàn)狀態(tài)約為5～30 ms。風(fēng)洞能夠開展氣動(dòng)模型的氣動(dòng)熱/力測(cè)量、激波與激波、激波與邊界層干擾等實(shí)驗(yàn)研究，由于風(fēng)洞來流雷諾數(shù)范圍較寬，對(duì)高超聲速邊界層轉(zhuǎn)捩的實(shí)驗(yàn)具有一定的優(yōu)勢(shì)。

本文實(shí)驗(yàn)在JF8A激波風(fēng)洞馬赫數(shù)為6.5的噴管下開展，風(fēng)洞具體狀態(tài)參數(shù)如表1所示，P0為風(fēng)洞駐室總壓，H0為駐室總焓，T0為駐室總溫，ρ∞為風(fēng)洞自由來流密度，u∞為來流速度，T∞為來流靜溫，Ma為來流馬赫數(shù)，Re為來流單位雷諾數(shù)。實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下的典型壓力曲線如圖2所示，包括駐室壓力、皮托壓力及球頭駐點(diǎn)位置的PicoCoulomB（PCB）傳感器信號(hào)，雖然壓力平穩(wěn)區(qū)域較長，本次試驗(yàn)中相關(guān)數(shù)據(jù)的處理只取圖2中15.5～19.5 ms時(shí)刻，4 ms的有效數(shù)據(jù)能滿足本文所有數(shù)據(jù)分析需求。

圖1 JF8A高超聲速激波風(fēng)洞Fig.1 JF8A hypersonic shock tunnel

表1 風(fēng)洞試驗(yàn)狀態(tài)Table 1 Test conditions of wind tunnel

圖2 試驗(yàn)典型壓力曲線Fig.2 Typical pressure histories in test

1.2 實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ?/h3>

本文實(shí)驗(yàn)中選用的模型是半錐角為7°的尖錐，尖錐總長為1 100 mm，模型示意圖如圖3所示。

模型加工時(shí)保證表面光滑，無縫隙、無臺(tái)階。尖錐沿母線布置有傳感器安裝孔，分別安裝薄膜電阻溫度計(jì)測(cè)量熱流及PCB壓力傳感器測(cè)量脈動(dòng)壓力。沿母線上共布置74個(gè)薄膜電阻溫度計(jì)，以尖錐母線為x坐標(biāo)，第一個(gè)傳感器距離尖錐前緣245 mm，高密度布置的熱流傳感器能夠捕捉尖錐壁面邊界層從層流-轉(zhuǎn)捩-湍流變化過程中的熱流分布。實(shí)驗(yàn)中根據(jù)每車次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)熱流信號(hào)異?；蛘邠p壞的傳感器進(jìn)行更換，保證實(shí)驗(yàn)的重復(fù)性和準(zhǔn)確性。另外，沿母線布置的PCB壓力傳感器數(shù)量為6個(gè)，其具體坐標(biāo)依次為245、405、525、605、745和985 mm。

圖3 尖錐模型及傳感器安裝示意圖Fig.3 Schematic diagram of sensor installation on sharp cone model

1.3 測(cè)試傳感器

1.3.1 測(cè)熱傳感器

實(shí)驗(yàn)中選用中國科學(xué)院力學(xué)研究所自行研制的鉑薄膜電阻溫度計(jì)，其響應(yīng)較快，是專為短試驗(yàn)時(shí)間的脈沖型風(fēng)洞熱流測(cè)量而研制的。傳感器制作時(shí)將鉑通過真空濺射的方法濺射到玻璃表面，鉑薄膜的厚度約為10-8～10-7m，兩端選用銀漿作為引線，玻璃棒直徑2 mm，長度約為30 mm。鉑薄膜電阻溫度計(jì)輸出的信號(hào)經(jīng)低噪聲放大器放大后由高速采集器采集并送入計(jì)算機(jī)儲(chǔ)存、處理，采集頻率為1 MHz，整個(gè)采集系統(tǒng)的精度為±0.5%。在傳感器獲取測(cè)點(diǎn)溫度后，由Schultz和Jones的理論公式即可推算熱流［29］：

1.3.2 脈動(dòng)壓力傳感器

脈動(dòng)壓力的測(cè)量采用PCB132A31型的高頻壓力傳感器，該類型壓力傳感器由于其自身交流耦合的特性，不適合用于平均壓力絕對(duì)值大小的測(cè)量，但是對(duì)動(dòng)態(tài)變化壓力具有很高的響應(yīng)頻率。傳感器的固有頻率達(dá)到1 MHz以上，最小壓力分辨率為7 Pa，傳感器的靈敏度約為23 mV/kPa，實(shí)驗(yàn)中采樣頻率為3.5 MHz。

壓力傳感器有效試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)的典型信號(hào)曲線如圖4所示，由于傳感器的有效響應(yīng)頻率在11 kHz以上，因此本文在對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)利用巴特沃斯濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行了11 k Hz的高通濾波，尖錐模型上第一個(gè)測(cè)點(diǎn)的原始信號(hào)、濾波信號(hào)及最后有效數(shù)據(jù)如圖4所示，P′為脈動(dòng)壓力。濾波后的壓力脈動(dòng)約為±100 Pa，后續(xù)關(guān)于PCB數(shù)據(jù)的處理均是針對(duì)高通濾波后的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和分析。

圖4 原始及濾波后的PCB壓力傳感器信號(hào)Fig.4 Raw and filtered PCB pressure sensor signals

1.4 風(fēng)洞噪聲測(cè)量

風(fēng)洞自由流噪聲對(duì)轉(zhuǎn)捩有重要的影響，其可能影響模型轉(zhuǎn)捩的位置。為了尖錐模型數(shù)據(jù)的有效分析和應(yīng)用，本文同時(shí)測(cè)量JF8A激波風(fēng)洞的自由流的噪聲，常用的風(fēng)洞自由流噪聲測(cè)量方法有熱線風(fēng)速儀、皮托壓力測(cè)量、壁面壓力測(cè)量，以此來推算自由流噪聲，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。目前通常采用PCB壓力傳感器測(cè)量皮托壓力來推算自由流噪聲，但是傳感器直接受到高速氣流的沖刷，敏感元件存在損壞的風(fēng)險(xiǎn)，本文在噴管中心區(qū)域及邊界層內(nèi)各安裝一個(gè)PCB壓力傳感器，邊界層內(nèi)的傳感器距離管壁為40 mm，同時(shí)采用常規(guī)壓阻傳感器測(cè)量皮托壓力，皮托壓力傳感器型號(hào)為上海天沐公司的NS-3，其頻響大于50 k Hz。自由流噪聲定義為

式中：RMS為有效實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)壓力脈動(dòng)的均方根值；Pitot為該段時(shí)間內(nèi)皮托壓力值，試驗(yàn)測(cè)量皮托壓力值為28 kPa。根據(jù)式（2）計(jì)算獲得本狀態(tài)下風(fēng)洞中心區(qū)域噪聲為2.8%，邊界層內(nèi)的噪聲為7.8%，核心區(qū)域內(nèi)的噪聲值和國內(nèi)外其他激波風(fēng)洞所給出的幅值相當(dāng)［24］。

2 結(jié)果與討論

2.1 尖錐壁面熱流分布

為了補(bǔ)充分析PCB脈動(dòng)壓力信號(hào)，本文同時(shí)開展了尖錐模型氣動(dòng)熱測(cè)量，通過熱流變化來評(píng)估模型表面PCB壓力傳感器位置所處的流態(tài)。本文實(shí)驗(yàn)狀態(tài)的尖錐熱流曲線如圖5所示，熱流出現(xiàn)從層流到轉(zhuǎn)捩的過程，轉(zhuǎn)捩位置約為530 mm處；除實(shí)驗(yàn)結(jié)果外，同時(shí)還給出了求解邊界層方程所獲得的層流狀態(tài)下的熱流值，以及利用文獻(xiàn)［30］中的計(jì)算公式所獲得的尖錐在湍流狀態(tài)下的熱流值，試驗(yàn)值和理論解基本吻合。

2.2 高頻脈動(dòng)度

圖6給出了6個(gè)PCB壓力傳感器的原始脈動(dòng)壓力信號(hào)，當(dāng)來流作用在傳感器表面時(shí)，壓力有一個(gè)階躍式的起跳，在起跳后一段時(shí)間駐室壓力穩(wěn)定之后脈動(dòng)壓力隨之下降并在一個(gè)穩(wěn)定平臺(tái)內(nèi)波動(dòng)。比較來流前背景信號(hào)和脈動(dòng)信號(hào)可以發(fā)現(xiàn)，有效試驗(yàn)時(shí)間內(nèi)的脈動(dòng)信號(hào)遠(yuǎn)大于背景噪聲。結(jié)合圖5的熱流結(jié)果可知，6個(gè)PCB壓力傳感器在層流區(qū)域、轉(zhuǎn)捩區(qū)域及全湍流區(qū)域均有布點(diǎn)，其有效時(shí)間段的脈動(dòng)壓力也呈現(xiàn)一定的變化規(guī)律。

圖5 尖錐母線熱流分布Fig.5 Heat-flux distribution on sharp cone generatrix

圖6 不同位置PCB脈動(dòng)壓力信號(hào)Fig.6 Pressure fluctuation signals of PCB at different positions

功率譜（PSD）為單位頻帶內(nèi)信號(hào)的功率，其能表示信號(hào)功率在頻域內(nèi)的分布狀況，相關(guān)計(jì)算技術(shù)自提出以來獲得了飛速發(fā)展，是研究信號(hào)頻域特性最常用的方法之一。本文壓力脈動(dòng)的功率譜密度計(jì)算采用Welch法，由于PCB壓力傳感器有效的響應(yīng)頻率在11 k Hz以上，本文在對(duì)壓力信號(hào)進(jìn)行處理時(shí)利用巴特沃斯濾波器對(duì)信號(hào)進(jìn)行了11 kHz的高通濾波，信號(hào)處理思路如圖4所示。通過Welch方法計(jì)算脈動(dòng)壓力的功率譜，數(shù)據(jù)截取窗函數(shù)為50%交迭的漢寧窗，F(xiàn)FT分析長度為4 096，頻率分辨率為427 Hz。另外，為了得到特定頻率段的脈動(dòng)信號(hào)，采用4階巴特沃斯濾波器對(duì)原始信號(hào)進(jìn)行高通和帶通濾波處理。

本文實(shí)驗(yàn)狀態(tài)下2次重復(fù)性實(shí)驗(yàn)同一位置傳感器信號(hào)的功率譜如圖7所示，其結(jié)果為405 mm位置處的PCB壓力傳感器。2次實(shí)驗(yàn)信號(hào)重復(fù)性較好，能量峰值及其所對(duì)應(yīng)的頻率吻合較好。虛線表示風(fēng)洞未運(yùn)行時(shí)的背景噪聲，2次實(shí)驗(yàn)背景噪聲同樣較為吻合。在800 kHz以下頻段有效脈動(dòng)信號(hào)要遠(yuǎn)大于背景噪聲信號(hào)，信號(hào)有足夠高的信噪比，800 kHz以上后，有效信號(hào)基本上淹沒在背景噪聲里，本文為了分析方便，之后信號(hào)的功率譜分析只截取800 kHz以前的部分。

在邊界層內(nèi)，第二模態(tài)波傳播速度與邊界層外緣氣流速度接近，波長近似為邊界層厚度的2倍，第二模態(tài)波控制頻率范圍大致為100 k Hz～1 MHz［24］。圖8給出了沿著模型子午線的PCB壓力傳感器脈動(dòng)壓力的功率譜分布。在第一個(gè)傳感器（x=245 mm）處，脈動(dòng)壓力的功率譜隨頻率的增加呈指數(shù)式下降，200 kHz以上脈動(dòng)壓力已經(jīng)下降到接近背景噪聲的水平。位于405 mm處傳感器測(cè)得的脈動(dòng)壓力在低頻階段下降之后隨即迅速上升，在206 kHz處脈動(dòng)壓力達(dá)到峰值，并在354 kHz處出現(xiàn)其高次諧波。位于525 mm處的傳感器測(cè)得的壓力脈動(dòng)峰值出現(xiàn)在177 kHz處，此時(shí)其高次諧波更加明顯，中心頻率為363 kHz。位于605 mm處的壓力脈動(dòng)峰值頻率進(jìn)一步下降到165 kHz。邊界層厚度沿著模型流線方向不斷增加，導(dǎo)致第二模態(tài)的頻率不斷下降。位于745 mm和985 mm處的壓力脈動(dòng)在各個(gè)頻段已經(jīng)沒有了明顯的峰值，邊界層已經(jīng)完成了轉(zhuǎn)捩成湍流狀態(tài)，脈動(dòng)能量比較均勻地分布到各種頻率波，且此時(shí)脈動(dòng)能量要遠(yuǎn)高于第一個(gè)傳感器處的情況。

圖7 典型脈動(dòng)壓力功率譜及背景噪聲Fig.7 Typical fluctuation pressure PSD and background noise

圖8 模型子午線的功率譜結(jié)果Fig.8 PSD along model meridian

根據(jù)脈動(dòng)壓力的功率譜結(jié)果，單獨(dú)對(duì)不同頻段的脈動(dòng)壓力數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。圖9（a）、（b）分別為利用帶通濾波器單獨(dú)濾出的11～50 kHz、150～250 kHz頻段脈動(dòng)壓力信號(hào)，下游信號(hào)相對(duì)于上游處沿y軸移動(dòng)了相同的距離。其中11～50 kHz對(duì)應(yīng)第一模態(tài)波或第二模態(tài)的亞諧波可能出現(xiàn)的頻率，150～250 kHz對(duì)應(yīng)第二模態(tài)波出現(xiàn)的頻率。在11～50 kHz頻段，脈動(dòng)壓力在整個(gè)時(shí)間段內(nèi)平穩(wěn)分布，沒有特定的波包出現(xiàn)。605 mm 以前的4個(gè)傳感器壓力幅度相當(dāng)，但最后2個(gè)傳感器在11～50 kHz的脈動(dòng)壓力幅值有明顯提升。150～250 kHz頻段第一個(gè)傳感器脈動(dòng)壓力信號(hào)十分微弱，在405 mm處該頻段內(nèi)脈動(dòng)壓力開始增長，且間隙性地出現(xiàn)峰值。繼續(xù)向下游發(fā)展時(shí)脈動(dòng)壓力出現(xiàn)明顯的波包特性，脈動(dòng)壓力包絡(luò)線中出現(xiàn)多個(gè)極值，此時(shí)第二模態(tài)擾動(dòng)開始出現(xiàn)，到605 mm后脈動(dòng)壓力峰值達(dá)到最大，第二模態(tài)波迅速衰減的同時(shí)低頻段脈動(dòng)壓力開始增加。

3 結(jié) 論

本文利用半錐角為7°的尖錐模型在JF8A激波風(fēng)洞中開展了高超聲速尖錐邊界層的轉(zhuǎn)捩實(shí)驗(yàn)研究，通過尖錐表面熱流測(cè)量及PCB脈動(dòng)壓力測(cè)量分析了高超聲速尖錐邊界層中擾動(dòng)波發(fā)展過程，主要結(jié)論如下：

1）JF8A激波風(fēng)洞在雷諾數(shù)為6.4×106/m狀態(tài)下核心流的自由流噪聲為2.8%，噴管邊界層內(nèi)的噪聲約為7.8%。

2）尖錐邊界層在其轉(zhuǎn)捩區(qū)有明顯的第二模態(tài)穩(wěn)定波出現(xiàn)，第二模態(tài)波頻率隨著邊界層厚度的增加而減小；壓力脈動(dòng)度在層流區(qū)最小，在轉(zhuǎn)捩結(jié)束位置壓力脈動(dòng)度會(huì)出現(xiàn)極大值。