高超声速层流干扰流场研究

文章研究了高超声速来流绕三维凸起物的层流干扰流场特征。研究工作在M=8轻活塞式炮风洞内完成，通过可改变楔角的模型试验给出纹影照片与特征位置的表面压力分布，分析了楔角变化引起的流动分离范围的变化、激波系的生成与演变以及压力分布及压力峰值改变规律。     

“人字形小肋”对激波/边界层干扰的影响研究

在曼彻斯特大学跨声速风洞开展激波/边界层干扰及“人字形小肋”对其影响的实验研究。在马赫数1.85流场条件下，应用高速纹影、油流、皮托压力测量和基于压敏漆的壁面压力测量技术，研究“人字形小肋”流动控制方法对激波/边界层干扰的流动分离结构与尺寸、压力分布特性与波系特征等影响。结果显示激波/边界层干扰诱发流动分离，分离区呈现三维特征，在“人字形小肋”的作用下，分离线呈现“波浪”形且整体向上游移动，干扰区流向尺寸增大，分离区高度减小且长度略增大，再附区的压力极值降低，这些特征与叶片、尖楔等微涡发生器的影响趋势相反。下一步工作中，拟针对“人字形小肋”开展参数优化研究，“人字形小肋”可能成为降低激波/边界层干扰诱发的高热流载荷的有效方法。     

粗糙物面引起的超声速边界层转捩现象研究

采用风洞实验和数值模拟方法研究平板表面圆柱形粗糙单元引起的M=3超声速边界层转捩问题。实验采用纳米粒子示踪平面激光散射技术（NPLS）对流动结构进行测量。共考察了1mm、2mm和4mm三个不同的粗糙度条件。采用五阶精度加权紧致非线性格式（WCNS-E-5）对风洞实验进行数值模拟和对比。实验及计算表明：粗糙元对边界层干扰后诱导了尾迹流向涡的形成,流向涡通过抬升机制产生剪切层和流向速度条带等不稳定结构;实验流动图像显示,剪切层不稳定在边界层转捩过程中起重要作用;随着粗糙元高度增加,流动分离范围和转捩区域明显扩大,转捩位置有提前的趋势。     

喷管尺寸对电弧风洞流场和热环境的影响分析

为获得电弧风洞喷管尺寸对试验流场以及模型表面热流的影响规律，针对某特定模拟参数试验状态，采用高焓流动数值模拟方法对不同尺寸锥形喷管下的球柱校核模型试验流场进行了模拟和比较分析。研究发现，在模拟气流焓值和模型驻点热流的条件下，采用出口尺寸小的喷管所需电弧加热功率更低，同时单位流向截面上气流能量转化为模型驻点气动热的比例更低。不同喷管出口尺寸下，试验流场喷管出口区域热力学非平衡程度、波后氧原子质量分数、模型驻点区域压力以及表面传导热流和扩散热流占比都比较接近，但相较飞行状态存在明显差异；不同喷管出口尺寸下来流速度、激波脱体距离以及驻点线上平动温度之间的差异明显，喷管出口尺寸越大，其与飞行状态越接近。     

高超声速绕钝舵层流干扰流场特性研究

研究高超声速层流状态下的钝舵与平板干扰流场特性.通过实验模拟与数值模拟描述了干扰流场的主要特征.模型由平板与钝舵组成,舵后掠角可变.实验在高超声速炮风洞内完成,来流马赫数为7.97,单位雷诺数为5.06～5.89×106(1/m).通过纹影照像、模型表面压力测量来进行流场结构分析和分布规律研究.数值模拟结果不仅与实验结果进行了比较,还提供了空间流场的细节.研究结果说明了层流状态下干扰流场流动特性及后掠角对流场特性的影响,随着舵前缘后掠角减小,干扰流场尺度、压力峰值载荷增大.     

风洞自由飞实验结果的精度、准度

风洞自由飞实验是一项特殊的地面风洞实验,用风洞自由飞实验研究了飞行 马赫数M0.6～6.0飞行海拔高度最高达45公里范围内多个飞行器的动态气动特性。因而首 先需回答风洞自由飞实验结果的精确度、可靠性。坚持用天（飞行）——地（地面风洞 自由飞实验）一致作为评定实验结果准度、可信度最重要最终的考核 标准 。〖JP〗     

带有突起物防热结构件的再入加热模拟试验

载人飞船防热层表面的突起部件会使周围流动分离，引起较大的局部加热，因此，需要进行地面模拟加热试验，验证这种带有突起物防热结构的性能。对模拟参数和各种加热模拟装置作了分析和评估后，确定试验在大尺度的等离子电弧烧蚀风洞里进行。模拟的参数为：热流密度、总加热量、来流马赫数、流动状态和几何形状。地面试验的结果与飞行结果相当符合。     

一种高超声速稀薄流激波干扰气动热测量技术

针对高超声速稀薄来流条件下的激波干扰气动热测量问题，设计了一种适用长时间、中低热流量值(5~500 kW/m2)的带封装结构的量热计，采用空气隔热设计方式降低其侧向传热，实现了有效一维传热，延长了测试时间；并通过热流传感器标定试验，实现了热流高精度测量。为验证量热计的测量性能，开展了地面标定实验和基于双锥模型的高超声速低密度风洞激波/边界层干扰实验(M10和M12)，量热计与同轴热电偶的测量结果进行对比分析。研究结果表明，本文所设计的量热计适用于稀薄来流条件下激波干扰引起的复杂气动热问题的热流测量。相比于同轴热电偶，量热计响应时间较慢，但对于较大热流，由于极大减轻了侧向传热的影响，测量精度较高。同轴热电偶对低量值热流(5~20 kW/m2)的测量性能较好，信噪比(SNR)较高。研究成果为开展高超声速低密度风洞稀薄流激波干扰气动热试验研究提供支撑。     

体-翼干扰区热环境特性分析及预测

高速飞行器的体—翼干扰区热流精确预测对于飞行器生存能力与战术性能的提高具有重要的 意义,是高性能飞行器设计水平的一个重要标志。由于体—翼干扰区流场的复杂性,目前尚 无满足工程设计要求的热环境预测方法,在分析体—翼流场特性的基础上应用文献［1 ］的压力—热流关系式,提出体—翼干扰区的热流预测方法,即压力由N-S数值解给出,热 流应用压力—热流关系式得到,炮风洞的实验结果验证了本文预测方法的可 靠性 。
     

空气动力学——打开天门的钥匙

所有通过大气层的飞行器，都要利用风洞实验和理论计算来确定它们的空气动力外形和空气动力特性。实验工作者努力发展从亚跨声速到高超声速范围的风洞实验设备，并利用新的观测、显示、信息处理手段，揭示空气的流动现象，为飞行器设计师提供更多、更精确的气动力数据。理论工作者根据空气动力学的原理和各种理论，努力把实验揭示出的空气流动形态概括成数学模型，     

垂直上升管内气液两相泡状流的存在条件

文章对垂直上升管内气液两相泡状流的存在条件进行了研究。对重力自循环的流动机理进行了理论分析,指出了泡状流的流型转变机理,并分别从Hewitt-Roberts流型图、Taitel泡状流与弹状流的判别式、泡状流存在的最小管径Barnea模型3个不同角度分析并验证了某空间模拟器的液氮制冷系统结构的合理性。     

Non-intrusive methods for temperature measurements in liquid zones in microgravity environments

Material Science and Life Science experiments in microgravity both have urgent needs of evaluating the temperature distribution within and on the surface of liquid zones. Non intrusive methods are available which measure the IR radiations emitted by the surface. The thermograph systems have a number of advantages since they supply a thermal picture of the surface with sufficient time, space and temperature accuracy. A computerized system has been designed for data acquisition and elaboration and used for ground experiments; the system can also be used for space experiments with some modifications. Non intrusive measurements of bulk temperature in two dimensional liquid flow fields can be made by means of optical methods which detect variations of the index of refraction. A method is proposed which is able to take with the same optical apparatus shadowgraph. Schlieren and differential interferometers pictures. A computerized system is proposed for data acquisition and elaboration.     

三维侧压高超声速进气道不启动流场试验与数值模拟研究

对某构型三维侧压高超声速进气道开展了Ma4的自由射流试验和数值仿真,研究 了低马赫数下不启动流场的流动机理。观测到了具有“对涡”结构的底板油流图案,并得到 了分离区的范围和内部流动特征。分析得出,“对涡”结构油流图案和流场中部分离区的形 成是唇口激波和内收缩形成的逆压梯度作用于侧板激波形成的流场中部低能流区的结果。根 据试验和数值模拟结果给出了流场结构示意图,并为下一步进气道构形设计和性能改善工作 提出了建议。     

表面热膜在高超声速边界层中的应用

本文针对标准10°圆锥在不同攻角下边界层的转捩和流动分离现象进行了试验研究.在高超声速情况下,应用表面热膜试验技术测得了10°圆锥在不同攻角下的壁面摩擦应力和动态信号数据.试验研究结果表明表面热膜技术可以成功地应用到高超声速的边界层研究中.所得到的数据有助于正确理解高超声速的边界层的特性.特别是驻点线上,边界层的发展有其特殊的规律.     

卫星变轨发动机羽流污染的研究

针对卫星变轨发动机工作时高空羽流污染问题 ,从分子运动论出发 ,采用直接模拟MonteCarlo(DSMC)方法对轴对称羽流场进行模拟 ,发动机喷管出口参数采用内流计算的给定值。首先对计算方法进行了验证 ,然后通过计算给出羽流场压力、密度等参数 ,给出计算位于回流区内的卫星表面敏感部件的羽流污染量的方法 ,并进行了计算。     

采用液体喷射实现固体发动机主动冷却的探索研究

为寻找固体发动机热防护的新途径,开展了固体发动机液体喷射主动冷却的探索性研究。组建了1套固体发动机液体喷射主动冷却试验系统,开展了原理试验。水作为冷却工质,沿收敛段壁面喷射,试验中对内壁面和外壁面处的温度进行了测量。试验结果表明,冷却工质的引入大大降低了发动机收敛段内壁面的温度,但会造成一定比冲损失;冷却工质参与做功,发动机推力有所增加。建立了液体冷却固体发动机的性能计算模型,并用试验结果进行了校验;根据试验得到了冷却效能估计经验公式。     

基于DMSJ发动机流道的RBCC发动机设计

首先完成了一种典型DMSJ发动机流道型面和燃烧组织设计,该发动机在M_∞=4.0和6.0时的比冲分别为1 029.6 s和899.9 s。以此DMSJ发动机流道为基础,在隔离段一侧布置火箭发动机,形成RBCC发动机流道。数值模拟研究表明,低马赫数时,火箭台阶及下游流道型面变化对发动机性能影响有限;保持DMSJ发动机燃料喷注方案不变,RBCC发动机在M_∞=4.0时,冲压模态比冲可达到1 052.8 s。高马赫数时,由于燃烧组织位置靠前,必须对DMSJ发动机原有的燃料喷注方案进行调整,才能确保RBCC发动机达到与前者相当的比冲水平,经过调整本文RBCC发动机M_∞=6.0时冲压比冲达到了887.8 s。因此,基于目前较成熟的DMSJ发动机进行高马赫数RBCC发动机设计,是一条快速可行的技术途径。     

The effect of small vibrations on Marangoni convection and the free surface of a liquid bridge

The effects of small vibrations on Marangoni convection were investigated experimentally using a liquid bridge of 5 cSt silicone oil with a disk diameter of 7.0 mm, and an aspect ratio close to 0.5. Experiments were performed to determine the critical temperature difference data for no vibration case and with small vibrations applied. The experimental results have shown that the effect of small vibrations on the onset of oscillatory flow is small since the critical temperature difference data for different aspect ratios were not affected by the vibrations. To clarify the surface oscillation phenomena induced by external vibrations, a 3-D numerical simulation model was also developed using a level set algorithm to predict the surface oscillations of isothermal silicone oil bridges. By subjecting the liquid bridge to small vibrations, the surface oscillation characteristics were predicted numerically, and the numerical results compared well with the predictions of an analytical model proposed previously. Furthermore, the effect of small vibrations on the surface vibration amplitude of the liquid bridge is also discussed.     

顺逆流向喷流干扰下二体分离气动力风洞实验研究及前体轴向力特性

本文概述了具有顺，逆流向喷流干扰的二体分离气动力风洞实验技术研究。对有喷流干扰引起的前体轴向气动力特性，作了简单的介绍。最后对有顺、逆流向喷流干扰的前体底部流动模型作了定性的描绘，可供理论研究时参考。     

双组元姿控发动机喷管化学反应流场数值模拟

本文对混合比为０．９、１．０、１．１三种状态下工作的双组元自然推进剂（肼／四氧化二氮）姿控发动机喷管内化学反应流动进行了数值模拟。数值模拟时采用了弱耦合点隐式方法的数值方法及肼／四氧化二氮的十二组分、十三个基元反应的有限速率化学反应模型。得到了三种混合比下反应流及混合比为１．０时冻结流发动机的推力和比推力、喷管中的流动参数及各组分的质量分数。分析表明，数值模拟的结果与理论分析一致，结果可靠。本文工作为姿控发动机的喷管设计提供了理论依据。