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高超声速条件下7°直圆锥边界层转捩实验研究 被引量:15
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作者 刘小林 易仕和 +2 位作者 牛海波 小革 赵鑫海 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第17期167-178,共12页
在Ma=6低噪声风洞中开展了半锥角7?的直圆锥边界层转捩相关实验研究.利用响应频率达到MHz量级的高频压力传感器对圆锥壁面脉动压力进行了测量,研究了高超声速圆锥边界层中扰动波的发展过程.结果表明:高超声速圆锥边界层中第二模态扰动... 在Ma=6低噪声风洞中开展了半锥角7?的直圆锥边界层转捩相关实验研究.利用响应频率达到MHz量级的高频压力传感器对圆锥壁面脉动压力进行了测量,研究了高超声速圆锥边界层中扰动波的发展过程.结果表明:高超声速圆锥边界层中第二模态扰动波产生的位置以及扰动波特征频率和波长等参数受雷诺数影响较大,当单位雷诺数从2×106m^(-1)增加到8×106m^(-1)时,第二模态波的特征频率从55 k Hz增加到226 k Hz;随着单位雷诺数增加,边界层中扰动增长速度加快,第二模态波出现在圆锥表面更靠近上游的位置;相同单位雷诺数条件下,随着第二模态波的向下游传播,其特征频率逐渐减小.通过对比发现自由来流湍流度对边界层中扰动波的发展同样有较大影响,自由来流湍流度降低,边界层中的第二模态波的特征频率明显减小.利用互相关分析得出第二模态扰动波在边界层中的传播速度大约为当地主流速度的0.8—0.9倍.在1?小攻角条件下,圆锥迎风面和背风面边界层发展呈现出明显的差异,背风面边界层中扰动发展提前,第二模态波出现在更靠近上游的位置,而迎风面中扰动发展受到抑制,第二模态波特征频率更大. 展开更多
关键词 高超声速边界层 低噪声风洞 第二模态波 功率谱
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NPLS技术在高超声速边界层转捩研究中的应用 被引量:8
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作者 易仕和 刘小林 +2 位作者 小革 牛海波 徐席旺 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2020年第2期348-354,378,共8页
基于纳米粒子示踪平面激光散射技术(Nano-tracer-based Planar Laser Scattering,NPLS)是作者自主研发的一种流动显示与精细测量技术。在超声速条件下,NPLS技术具有很高的时空分辨率和信噪比,已经成功应用于超声速复杂流动现象的精细测... 基于纳米粒子示踪平面激光散射技术(Nano-tracer-based Planar Laser Scattering,NPLS)是作者自主研发的一种流动显示与精细测量技术。在超声速条件下,NPLS技术具有很高的时空分辨率和信噪比,已经成功应用于超声速复杂流动现象的精细测量,包括超声速混合层、超声速平板边界层、超声速压缩拐角、激波边界层干扰等。近年来,该技术被进一步应用到高超声速边界层转捩研究中。本文主要介绍了NPLS技术在高超声速静音风洞喷管边界层流态测量、高超声速圆锥边界层转捩以及三角翼边界层转捩等研究中的应用。高超声速条件下NPLS研究结果与高频传感器、温敏漆等测试技术得到的结论一致性较好,表明NPLS技术在高超声速边界层转捩研究中具有良好的应用前景。 展开更多
关键词 NPLS 高超声速流动 边界层转捩 静音风洞
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高超声速边界层流动稳定性实验研究 被引量:7
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作者 易仕和 刘小林 +2 位作者 牛海波 小革 何霖 《空气动力学学报》 CSCD 北大核心 2020年第1期137-142,共6页
高超声速条件下边界层转捩相关研究是近年来空气动力学领域的研究热点。通过采用基于纳米粒子示踪平面激光散射(Nano-tracer-based planar laser scattering,NPLS)技术以及温敏漆等测试技术,对高超声速边界层的流动稳定性开展了实验研... 高超声速条件下边界层转捩相关研究是近年来空气动力学领域的研究热点。通过采用基于纳米粒子示踪平面激光散射(Nano-tracer-based planar laser scattering,NPLS)技术以及温敏漆等测试技术,对高超声速边界层的流动稳定性开展了实验研究。通过NPLS技术,对圆锥边界层中第二模态波精细结构进行了测量,并基于时间相关的测量结果,对第二模态波的波长和频率进行了分析。针对裙锥边界层NPLS结果,计算了特定位置上功率谱空间分布结果,测量得到了高次谐波成分。通过温敏漆和NPLS结果,发现主导三角翼前缘边界层转捩的模态为行进横流模态,分析了该模态的特性,并且与Kulite传感器测量得到的频率进行比较。 展开更多
关键词 高超声速流动 转捩 第二模态波 横流不稳定性 NPLS
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超声速湍流边界层密度场特性 被引量:5
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作者 何霖 易仕和 小革 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2017年第2期217-228,共12页
本文采用基于纳米示踪平面激光散射技术的密度场测量方法,对Ma=3.0零压力梯度平板湍流边界层的密度场特性进行了实验研究,分析了边界层密度场的平均特性和脉动特性,并利用泰勒假设将空间信号转换为时域信号,对密度脉动的频谱特性进行了... 本文采用基于纳米示踪平面激光散射技术的密度场测量方法,对Ma=3.0零压力梯度平板湍流边界层的密度场特性进行了实验研究,分析了边界层密度场的平均特性和脉动特性,并利用泰勒假设将空间信号转换为时域信号,对密度脉动的频谱特性进行了分析.研究发现,随着高度增加,边界层平均密度逐渐增大,但密度脉动仅在对数区内逐渐增大,在边界层外层却逐渐减小.密度脉动的概率密度函数在对数区内呈正态分布.从频谱特性可以发现,湍流边界层内部密度脉动具有丰富的脉动频率,最高达到MHz量级;在边界层近壁区和外层,密度脉动以低频分量为主;在对数区,高频分量与低频分量所占的比例基本相同.结合速度和密度同时测量发现,密度脉动与质量流量脉动在概率密度分布和频谱特性方面具有非常好的一致性,但与速度脉动相关性不大.超声速湍流边界层内部强烈密度脉动,及其与速度脉动的明显差别,是可压缩湍流边界层与不可压湍流边界层的显著区别之一. 展开更多
关键词 超声速 湍流边界层 密度场 频谱分析
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不同入射激波条件下激波与湍流边界层干扰的实验研究 被引量:6
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作者 小革 易仕和 +2 位作者 牛海波 何霖 冈敦殿 《中国科学:物理学、力学、天文学》 CSCD 北大核心 2020年第10期57-68,共12页
本文在Ma=3.4超声速低噪声风洞中开展了不同入射激波条件下激波与来流壁面湍流边界层干扰的相关实验研究,得到了不同入射激波条件下的精细流场结构、壁面压力、壁面温度分布以及他们之间的相互关系.利用基于纳米示踪的平面激光散射技术(... 本文在Ma=3.4超声速低噪声风洞中开展了不同入射激波条件下激波与来流壁面湍流边界层干扰的相关实验研究,得到了不同入射激波条件下的精细流场结构、壁面压力、壁面温度分布以及他们之间的相互关系.利用基于纳米示踪的平面激光散射技术(NPLS)在单位雷诺数6.30×106m-1条件下获得了激波与湍流边界层干扰典型流场精细的瞬态流动结构图像,并对瞬态流动图像进行统计分析,得到的诱导激波振荡位置满足正态分布.同时利用大气数据系统得到了不同入射激波条件下干扰区的壁面压力分布,以及不同入射激波强度下分离区流动结构与壁面压力变化的关系.利用温敏漆(TSP)技术,得到不同入射激波条件下干扰区模型壁面温度分布,分析了激波与湍流边界层干扰过程中出现G?rtler涡引起的条带结构与入射激波强度的关系. 展开更多
关键词 超声速边界层 激波与湍流边界层干扰(SWTBLI) 纳米示踪的平面激光散射技术(NPLS) 温敏漆(TSP)
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内流可视超声速喷管边界层实验研究
6
作者 曾瑞童 易仕和 +3 位作者 小革 赵玉新 张博 冈敦殿 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2024年第16期143-151,共9页
为观察喷管收缩扩张型面上边界层发展演化现象,研究超声速喷管内流场,本文采用传统特征线方法设计喷管型面,设计并制造了内流可视的超声速风洞.通过数值计算和实验测量的方式验证了风洞喷管出口流场均匀稳定,马赫数均方根偏差均优于国... 为观察喷管收缩扩张型面上边界层发展演化现象,研究超声速喷管内流场,本文采用传统特征线方法设计喷管型面,设计并制造了内流可视的超声速风洞.通过数值计算和实验测量的方式验证了风洞喷管出口流场均匀稳定,马赫数均方根偏差均优于国军标合格标准;利用纳米粒子示踪平面激光散射技术,开展内流可视超声速喷管的流动显示试验,获取了喷管内全流场精细结构图像;通过图像处理技术提取边界层与主流交界面,采用分形维数的方法分析边界层状态,定位边界层转捩位置.结果表明:喷管型面的开始转捩位置比喷管上平直壁面更加靠近下游;分形维数可以定性地判断边界层的流动状态,对于层流边界层和转捩初期的发卡涡需要结合边界层厚度进行区分. 展开更多
关键词 喷管 边界层 纳米粒子示踪平面激光散射 转捩
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M6高超声速静风洞的气动设计和结构研究 被引量:3
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作者 周勇为 易仕和 +2 位作者 陈植 小革 葛勇 《国防科技大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第3期14-17,43,共5页
论述了发展高超声速静风洞设备与技术的重要性,对静风洞的基本特点进行了简要讨论。根据国内外发展静风洞的经验和成果,针对开展静风洞的实验技术及边界层稳定性问题研究的背景,提出一座M6高超声速静风洞(M6HQWT)的气动和结构设计... 论述了发展高超声速静风洞设备与技术的重要性,对静风洞的基本特点进行了简要讨论。根据国内外发展静风洞的经验和成果,针对开展静风洞的实验技术及边界层稳定性问题研究的背景,提出一座M6高超声速静风洞(M6HQWT)的气动和结构设计,重点讨论了阀门管路、稳定段和喷管抽吸装置的设计特点。M6HQWT的设计马赫数为6.0,喷管出口直径120mm,总压l一5MPa,总温约500K,运行时间20~30s。M6HQWT是国内第一座高超声速静风洞,具备实验教学和基础科学研究的能力。 展开更多
关键词 高超声速 静风洞 层流喷管 边界层 噪声
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二维高超声速后台阶表面传热特性实验研究 被引量:3
8
作者 王小虎 易仕和 +2 位作者 付佳 小革 何霖 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2015年第5期304-312,共9页
高超声速后台阶流动是大气层内高速飞行器发动机设计、表面热防护以及高超声速拦截器红外成像窗口气动光学效应校正等诸多先进高超声速技术研发过程中所涉及的一类基础流动问题.研究高超声速后台阶流动特性对有效提升飞行器综合性能,进... 高超声速后台阶流动是大气层内高速飞行器发动机设计、表面热防护以及高超声速拦截器红外成像窗口气动光学效应校正等诸多先进高超声速技术研发过程中所涉及的一类基础流动问题.研究高超声速后台阶流动特性对有效提升飞行器综合性能,进一步掌握高超声速流动机理具有重大基础意义.本文以二维高超声速后台阶流动为研究对象,在KD-01高超声速激波风洞中测量了二维后台阶模型表面传热系数和表面静压,并将实测台阶下游表面传热系数分布同采用高超声速边界层理论所得估计值进行了比较.为进一步验证实验结果,使用NPLS技术测量了其中一种实验状态下台阶周围流动结构.研究发现,对于二维高超声速后台阶流动,台阶下游表面传热分布受台阶处边界层外缘流动特性的直接影响;在台阶下游分离区和再附区内,气体黏性占主导作用;在台阶下游远场区域,边界层流动特性趋同于平板边界层;下游边界层基本结构取决于台阶处边界层相对厚度.对高超声速后台阶流动,若使用数值模拟方法研究气动热问题,应当使用湍流模型. 展开更多
关键词 高超声速 后台阶 传热 实验
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带气膜冷却结构的高超声速平板不同前缘形状下表面传热特性研究 被引量:3
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作者 王小虎 易仕和 +2 位作者 付佳 小革 何霖 《实验流体力学》 CAS CSCD 北大核心 2015年第2期19-25,共7页
当带红外成像制导系统的飞行器在稠密大气层内做高超声速飞行时,必须采取主动冷却方式防止严重气动加热造成的窗口材料热畸变以及复杂流场造成的气动光学畸变。本文根据成像窗口周围流动具有受高超声速钝头体绕流和气膜冷却结构(即背面... 当带红外成像制导系统的飞行器在稠密大气层内做高超声速飞行时,必须采取主动冷却方式防止严重气动加热造成的窗口材料热畸变以及复杂流场造成的气动光学畸变。本文根据成像窗口周围流动具有受高超声速钝头体绕流和气膜冷却结构(即背面为空腔的超声速后台阶)共同作用的特点,在KD-01高超声速炮风洞中开展了带气膜冷却结构的高超声速平板在不同前缘形状下表面传热特性的试验研究,测量了Ma8来流条件下喷缝下游表面传热系数,试验获得了2种前缘形状的带气膜冷却结构的高超声速平板喷缝周围瞬态流场NPLS图像。通过分析试验数据,得出以下结论:对于带气膜冷却结构(气膜不工作状态)的高超声速平板,模型前缘的形状对喷缝下游区域的表面热流整体分布有明显影响,在钝前缘情形下,表面热流分布接近相同前缘形状的平板边界层为层流状态时的表面热流分布;在尖前缘情形下,表面热流分布则表现出从层流边界层状态向充分发展湍流边界层状态变化的特性;喷缝下游分离和再附区表面传热特性和超声速后台阶流动类似,取决于喷缝上缘处边界层相对厚度。 展开更多
关键词 高超声速 气膜冷却结构 表面传热 测量 钝前缘
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高分辨率激波/边界层干扰时间演化过程分析 被引量:2
10
作者 小革 易仕和 +2 位作者 何霖 全鹏程 冈敦殿 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第1期124-135,共12页
采用基于纳米示踪的平面激光散射(NPLS)技术,探索了流场超高帧频成像测试研究的试验系统,主要解决了多个单脉冲激光器并联后的稳定性和合束、阵列CCD相机的整体设计和布局以及测试系统的同步精确控制等问题,通过对系统的时序和分系统调... 采用基于纳米示踪的平面激光散射(NPLS)技术,探索了流场超高帧频成像测试研究的试验系统,主要解决了多个单脉冲激光器并联后的稳定性和合束、阵列CCD相机的整体设计和布局以及测试系统的同步精确控制等问题,通过对系统的时序和分系统调试,实现了测试系统的精确控制。基于此系统,在单位雷诺数为6.30×10^(6)/m的条件下,在马赫数为3.4的超声速低噪声风洞中开展了θ=20°激波发生器入射激波与来流壁面湍流边界层干扰相关试验研究。在试验条件下获得了序列连续时间相关的激波与湍流边界层干扰的瞬态流场精细结构图像,并分析了其流场结构的时空演化特性。 展开更多
关键词 超声速边界层 STBLI 超高帧频 时空演化特性 NPLS 低噪声风洞
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航空航天专业研究生实验流体力学教学改革探索 被引量:1
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作者 何霖 小革 《教育教学论坛》 2019年第52期83-85,共3页
实验流体力学是航空航天专业研究生的重要专业课程之一,具有知识面广、实践性强、综合要求高等特点。为提高教学效率,结合课程特点,从课程培养模式、教学方式和考核体制等方面对课程教学改革进行初步探索。
关键词 实验流体力学 教学改革 航空航天
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激光聚焦扰动作用下高超声速边界层稳定性实验研究 被引量:2
12
作者 刘小林 易仕和 +1 位作者 牛海波 小革 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2018年第21期221-232,共12页
在马赫数6、单位雷诺数3.1×10~6/m的条件下对半锥角7?直圆锥边界层稳定性开展了实验研究.以激光聚焦于流场中局部空间而产生的膨胀冲击波作为人工添加的小扰动,分析了该扰动对高超声速圆锥边界层流动稳定性的影响.实验中利用响应... 在马赫数6、单位雷诺数3.1×10~6/m的条件下对半锥角7?直圆锥边界层稳定性开展了实验研究.以激光聚焦于流场中局部空间而产生的膨胀冲击波作为人工添加的小扰动,分析了该扰动对高超声速圆锥边界层流动稳定性的影响.实验中利用响应频率达到兆赫兹量级的高频压力传感器对圆锥壁面脉动压力进行测量,通过对压力数据进行短时傅里叶分析和功率谱分析发现,相比于不添加激光聚焦扰动的结果,添加激光聚焦扰动使边界层中第二模态波的出现位置提前,且扰动波的幅值大幅度地增加,在相同的流向范围内,激光聚焦扰动将边界层中的扰动波从线性发展阶段推进到非线性发展阶段,其对边界层中扰动波发展的促进效果明显.同时,激光聚焦位置的不同对边界层中扰动波的发展也具有不同的影响.当激光直接聚焦于圆锥壁面X=100 mm位置时,边界层中频率为90 kHz的扰动波幅值增长最快,在X=500 mm的位置处其幅值放大倍数为3.81,相比而言当激光聚焦位置位于圆锥前方自由来流中时,边界层幅值增长最快的扰动波频率大幅减小为73 kHz,相同范围内,其幅值放大倍数为4.51倍.由此可见,当激光聚焦位置位于圆锥上游的自由来流中时,其对边界层中扰动波的影响更为显著. 展开更多
关键词 高超声速边界层 激光聚焦扰动 流动稳定性 第二模态波
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压缩拐角流动中G?rtler涡特性及热流分布实验研究 被引量:2
13
作者 牛海波 易仕和 +2 位作者 刘小林 小革 何霖 《气体物理》 2018年第5期48-55,共8页
对高超声速压缩拐角流动中G?rtler涡特性及热流分布进行了实验研究.开发了温敏漆(temperature sensitive paint, TSP)系统,简要介绍了TSP技术的原理、文章所用的TSP涂料的标定曲线、辅助设备参数、实验过程数据后处理过程,采用基于离散F... 对高超声速压缩拐角流动中G?rtler涡特性及热流分布进行了实验研究.开发了温敏漆(temperature sensitive paint, TSP)系统,简要介绍了TSP技术的原理、文章所用的TSP涂料的标定曲线、辅助设备参数、实验过程数据后处理过程,采用基于离散Fourier定律的热流算法.研究在Ma=6低噪声风洞中进行,采用TSP技术,得到压缩拐角斜坡板上的热流分布图像,并对高低热流条带现象做出解释,与G?rtler涡有对应关系.通过改变拐角角度及来流参数,获得了不同拐角和单位Reynolds数条件下的热流分布图像,分析得到压缩拐角斜坡上G?rtler涡特性及热流分布在变参数条件下的变化规律.研究发现:当增加拐角角度或增大单位Reynolds数时, G?rtler涡的波长减小,且涡的起始位置更靠近拐角;随单位Reynolds数增加,斜坡上热流值整体增加,热流峰值位置前移;峰值位置后,热流缓慢减小的区域与G?rtler涡位置相对应. 展开更多
关键词 高超声速 压缩拐角 Grtler涡 温敏漆技术 热流
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超声速混合层MHz级超高频流动可视化实验 被引量:1
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作者 冈敦殿 易仕和 +1 位作者 米琦 小革 《气体物理》 2022年第6期33-41,共9页
研究发展了超高频基于纳米示踪的平面激光散射(nano-tracer planar laser scattering,NPLS)技术。基于多腔并联脉冲激光器技术、棱锥分光与短曝光相机集成技术以及高精度同步控制技术,实现了MHz级流场可视化和精细测量。采用超高频NPLS... 研究发展了超高频基于纳米示踪的平面激光散射(nano-tracer planar laser scattering,NPLS)技术。基于多腔并联脉冲激光器技术、棱锥分光与短曝光相机集成技术以及高精度同步控制技术,实现了MHz级流场可视化和精细测量。采用超高频NPLS技术研究了对流Mach数Ma_(c)=0.17,0.26混合层流场,获得了时间序列的混合层高分辨率NPLS图像。采用阵列型涡流发生器开展流动控制研究,分析涡流发生器对混合层发展的影响特性。通过选取典型涡结构,分析了超声速混合层不同发展阶段的涡运动和发展演化规律。发现混合层中段的不稳定性发展阶段,涡结构以平移和旋转为主,伴随一定的拉伸;混合层后段以变形和破碎为主,有大量小尺度结构产生。并且小尺度结构会受到剪切、大尺度结构以及小激波的影响,发生明显的非定常运动。 展开更多
关键词 超声速混合层 超高频NPLS 流动显示 时间演化 精细流场结构
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Experimental study of the high-frequency instability in the hypersonic boundary layer over a cone at 6°angle of attack
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作者 Haibo Niu Shihe Yi +2 位作者 Xiaolin Liu Wenpeng Zheng Xiaoge Lu 《Acta Mechanica Sinica》 SCIE EI CAS CSCD 2022年第9期12-22,共11页
The high-frequency instability on a cone at 6°angle of attack is measured in a hypersonic quiet wind tunnel with Reynolds number of 6.90×10^(6)m^(−1),and Mach number is 6.Fast-response pressure sensors are u... The high-frequency instability on a cone at 6°angle of attack is measured in a hypersonic quiet wind tunnel with Reynolds number of 6.90×10^(6)m^(−1),and Mach number is 6.Fast-response pressure sensors are used to measure the disturbance waves on the surface of the cone.The nano-tracer-based planar laser scattering(NPLS)technique is used to visualize the coherent structures of the three-dimensional boundary layer.At the plane of azimuthal angle ofθ=30°from the leeward ray,low-and high-frequency disturbance waves with the characteristic frequency of f=10–20 kHz and f=120–140 kHz are detected.From the NPLS image,the regular large-scale traveling crossflow waves structures are observed,which are related to the low-frequency instability.On the top of the traveling crossflow waves,there are a series of small-scale structures,which suggests there is strong shear on the top of the traveling crossflow waves.These small vortices likely are the secondary instability of the traveling crossflow waves,which are associated with the high-frequency instability.The disturbance waves characteristics in different planes are measured using PCB transducers.The result shows that the high-frequency instability occurs in the planes ofθ=15°-60°,and the characteristic frequency is between f=106.97-181.08 kHz.With the increase of azimuthal angle,the characteristic frequency increases obviously,which is related to the thinner boundary layer near the windward side.With the increase of the x-coordinate,the circumferential range of the high-frequency instability gradually widens. 展开更多
关键词 Hypersonic flow High-frequency instability Power spectrum density Cone at 6°angle of attack
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