高超声速风洞来流扰动测量及数据后处理技术研究

来流扰动对高超声速风洞中开展的实验研究,如层/湍流边界层的不稳定性与转捩实验,有直接影响。为加深对高超声速风洞中边界层转捩实验的认识,需对高超声速风洞的来流扰动进行定性与定量的测量与分析。提出一种高超声速风洞扰动模态校测方法,使用热线风速仪和皮托管压力探头对高超声速风洞自由来流进行测量。在小扰动假设前提下通过模态离解分析,并结合直接数值模拟结果,获得风洞自由来流各扰动模态的幅值。运用德国不伦瑞克工业大学马赫数6 Ludwieg式高超声速风洞对该方法进行检验。实验结果显示:该风洞为典型噪声风洞,其来流扰动中声波模态高达扰动总模态的69%,涡波模态和熵波模态约各占15%。该扰动模态校测方法为高超声速风洞的流场扰动测量提供了一个思路,为基于高超声速风洞开展的实验提供了借鉴和参考。     

用于激波风洞中的表面油流流动显示方法

介绍适用于激波风洞的表面油流流动显示方法及其典型显示结果。实验表明应用油滴、油膜及其组合等方法在 6～ 8ms的实验时间内 ,能够清晰地显示三维突出物干扰引起的层流分离、转捩分离和湍流分离流及其尾迹流谱。     

聚焦激光差分干涉法测量超/高超声速流动的进展

聚焦激光差分干涉法（Focused Laser Differential Interferometry，FLDI）作为一种非介入式高时空分辨率的测试手段，适用于高超声速风洞等极端实验环境。从典型FLDI的光路设计出发，介绍了FLDI技术的测量原理以及空间滤波特性；梳理了近年来国内外研究者为满足不同气动问题的研究需求，对典型FLDI技术做出的一系列改进；介绍了FDLI技术在超声速以及高超声速流场（包括高超声速自由流来流扰动、高超声速边界层不稳定波与转捩以及超声速射流噪声辐射等）测量中的应用。本综述展现了FLDI技术在超声速以及高超声速流场测量中的潜力，为后续开展FLDI技术的改进及相关高超声速流场精密测量提供参考。     

高超声速风洞颤振试验技术研究

为实现在高超声速风洞中开展颤振试验研究,设计了高超声速风洞颤振试验装置和模型保护机构。风洞试验表明该试验装置可用于开展高超声速风洞颤振试验研究,支撑方式可避免风洞及其他机构对模型的频率干扰;保护机构在高动压情况下可正常工作,达到模型保护效果。试验验证了高超声速风洞固定马赫数阶梯变动压和连续变动压两种风洞开车方式。为验证高超声速风洞颤振试验技术,对平板翼进行了高超风洞颤振试验,试验马赫数为5.0和6.0。试验采用随机子空间法(SSI)辨识结构模态参数,采用 Zimmerman-Weissenburger 方法预测颤振临界动压,其颤振预测动压比采用活塞理论计算值高12.7%。试验表明目前采用的高超声速风洞颤振试验技术可用于开展高超声速风洞颤振试验研究。     

超声速流中激波/湍流附面层干扰数值模拟

采用修正的B／L湍流模型以及多块结构化网格求解了二维N-S方程。分别对超声速流和高超声速流中的激波／湍流附面层干扰进行了数值研究。本文首先研究了进口马赫数为2．96的超声速流。计算结果准确预测了入射斜激波在平直壁面引起湍流附面层分离的流动特征：分离点的反射激波、分离包引起的膨胀扇以及再附点的反射激波。计算的壁面压力分布与实验值吻合较好，计算的分离区长度与实验值比较有一定误差。本文还对进口马赫数为9．22的高超声速流中压缩角引起的激波／湍流附面层干扰进行了数值研究。计算结果与实验结果吻合较好。     

高超声速表面摩擦应力油膜干涉测量技术研究

针对高超声速摩阻测量的需求,将基于表面图像的摩擦应力油膜干涉测量技术( SISF)应用于Φ0.5m常规高超声速风洞.通过平板模型的风洞实验,进行了硬件设备平台研制、模型表面材料、油膜物性参数的影响特性以及干涉图像数据处理方法研究.结果表明,建立的SISF硬件设备和技术能够获得清晰的干涉条纹,平板模型表面摩擦应力测量结果与数值模拟结果一致,研制的SISF系统可以可靠地应用于高超声风洞模型表面摩擦应力测量.     

冷/热喷流对飞行器气动特性干扰实验研究

在中国空气动力研究与发展中心的φ1 m高超声速风洞中,采用压缩空气和真实固体火箭发动机工作产生的燃气流作为喷流介质对双锥柱体飞行器进行了冷/热喷流干扰影响对比实验研究,状态为:马赫数6、飞行高度h=54 km、迎角α=-4～6°.实验结果表明:冷、热喷流对模型气动特性干扰影响的变化趋势基本一致,推力放大因子和力矩放大因子趋势一致,数值略有差异,采用冷喷流对热喷流的模拟技术可行.     

液晶热图技术在脉冲风洞中的应用

在短时间脉冲风洞中,对液晶热图实验技术进行了试验。在实验时间为20ms的炮风洞中,获得了清晰的三维高超声速分离流场的热图显示照片。热图照片不仅与油流图谱所显示的特征位置吻合,而且能半定量地显示表面热流的分布。该项技术的研究为国内空气动力学实验研究提供了一项新的方法。     

气动热环境试验及测量技术研究进展

地面风洞试验和飞行试验是研究高超声速飞行器气动加热的主要手段。针对临近空间复杂气动外形高超声速飞行器气动热环境研究的需要,分析探讨了国内气动热试验及测量技术的发展情况。分析了临近空间高超声速飞行器外形特征以及飞行剖面、边界层转捩和气动热环境特性等,进而分析了气动热环境风洞试验模拟理论,介绍了适用于气动热研究的风洞试验设备及其模拟能力,重点讨论了适用于不同类型风洞的热流测量技术发展近况、存在的问题和发展趋势;在以长时间、高热流、高壁温为主要特征的高超声速飞行试验中,无法应用风洞环境下的热流测量技术,因而介绍了目前飞行试验中采用的气动热测量技术,讨论了根据结构温度反辨识表面热流存在的问题,以及热流传感器表面的"冷点效应"、表面催化特性等因素对飞行试验气动热测量的影响,提出了后续工作中应重点研究和解决的临近空间飞行器气动热环境测量技术问题。     

激波风洞高焓流动及其驻点对流和辐射热流测量

在激波风洞中用氢氧燃烧驱动方法获得了总压１４ＭＰａ,总温高达７２００Ｋ的高超声速高焓平衡流,可以模拟再入飞行速度４至５ｋｍ／ｓ的真实气体效应。本文还介绍了高温气流中驻点对流和辐射传热测量技术及其测量结果。     

关于运输网络堵塞流动的研究——分支定界法在求解网络最小流上的应用（Ⅲ）

堵塞是以人为主体在运输网络中经常发生的一种现象。本文中所定义的网络最小流是指在最严重堵塞的情况下通过网络的最大流量，是设计和运行一个运输网络，特别是一个紧急疏散网络的重要参数。本文在堵塞流理论研究的基础上，提出了一种用分支定界思想来求解网络最小流问题的方法，并用实例说明了该算法过程及其应用领域     

高温高压喷管化学和热力学非平衡流计算

本文给出了高驻室压力条件下的化学、振动、电离非平衡喷管一维流动的方程组(包括 V-D 耦合和电离激发效应)。为了克服高压条件下喉道前空间推进步长小的困难,采用了局部平衡等效(?)的计算方法。对两类典型风洞(小尺寸电弧风洞和大尺寸激波风洞)进行了数值计算,并对不同驻室压力、V-D 耦合、电子激发效应、不同化学模型进行了研究。计算表明,高驻室压力能够有效抑制喷管的非平衡流动。在 P_0=200MPa,T_0=8000K 条件下,喷管出口的 O_2、N_2组分浓度已接近于实际大气。     

南航立式水洞实验技术及应用

本文介绍了南航270mm×270mm立式水洞,对水洞流态显示技术中较为关键的几个问题:如试验模型设计,彩色染色液体配方,灯光与摄影技术等进行了简述,并对其实际应用提供了几个示例,以供参考。     

三圆柱绕流的时均压力分布和气动力

亚临界状态下绕等边三角形排列的三圆柱的流动,其中心距的变化范围为1.5～4.0d(d为圆柱直径)。测量了不同间距下各圆柱的压力分布并推算了气动力。结果表明,在小间距时,三圆柱间的干扰是严重的,圆柱表面的压力分布有相当大的改变,局部地区有很强的负压;除阻力之外,还产生了相当大的横向力。     

管道截面的流速分布参数及其在涡街流量计标定中的应用

本文讨论了标定实验对涡街流量计所在截面流速分布的要求、拟合公式的选用和数据处理，以及使用标定结果时所要注意的问题。提出了一种以测试手段和分析办法相结合的关于标定涡街流量计的新的技术途径，以缩短标定装置的轴向尺寸，降低标定费用。对于充分湍流的圆管流动，根据Ｎｉｋｕｒａｄｓｅ的实验结果，给出了截面平均流速与最大流速之比随雷诺数变化的简洁计算公式。     

等离子体气动激励的诱导气流速度的实验研究(英文)

等离子体流动控制是基于等离子体气动激励的主动流动控制,可用于改善飞行器和动力装置空气动力特性.为了探索等离子体流动控制的内在机理,在不同的参数条件下,对等离子体气动激励的诱导气流速度进行了实验研究.实验结果表明:等离子体气动激励可以把激励器表面空气加速到每秒几米的速度,诱导气流与激励器表面有一个约5°的夹角,且气流经加速后会形成漩涡结构.固定激励频率,诱导气流速度随激励电压增大而增大;固定激励电压,诱导气流速度受激励频率的影响不大;激励器布局对等离子体气动激励器的性能有重要影响.     

流动显示技术的若干现状与发展

本文概述了流动显示技术的发展状况，介绍了几种新的流动显示方法；阐述了流动显示技术的发展趋势。     

二维透平叶栅流道中总压分布的彩色图象显示研究

本文采用微型计算机的彩色显示功能,对大尺度、小展弦比、大转折角二维透平转子叶栅流道内横截面上的总压分布进行了彩色显示研究。文中给出的测量截面上总压分布的彩色图象照片,可直观地看出通道涡在不同横截面上的尺度、位置和粘性涡核强度的变化。     

立柱前壁旋涡

本文论述的是最近在烟流显示实验中发现的尚未见诸于文献的新现象:在平板上垂直放置的方柱和凹面柱体迎风面的中部和上部存在较大的旋涡或涡对,这些涡在前壁流动区域生成,然后绕过立柱两侧,伸向下游,整个涡带形成马蹄形。其中对方柱等具有平直迎风面的立柱,主要是生成若干个单涡;而对具有凹型迎风面的 Y,V,U 截面立柱,则形成若干个涡对。涡对在前壁区域重复着生成,增长,猝裂的过程,具有较稳定的周期,其 Strouhal 数与下游卡门涡街的 Strouhal 数接近,而单涡则基本上是前壁驻涡。实验还表明,二维长柱体也存在这类现象。这些特性将对结构物产生新的静态和动态气动力问题。     

数值模拟具有四个腔室的多分支管道二维非定常流动

应用基于Ｇｏｄｕｎｏｖ格式的二维非定常流数学模型，模拟具有四个腔室的多分支管道内的瞬变气体运动，以便对该气体运动的发展过程有一更好的了解。根据所给出的模型编制了相应的计算及绘图软件。数值模拟定量给出了多分支管道内详细的速度矢量场，压力样梯度场及各分支管道的质量流量变化曲线。并对多分支管道内非定常气体运动过程的某些特征做出了分析和讨论。计算结果表明：基于Ｇｏｄｕｎｏｖ格式的非线性波作用计算方法能成功地处理合压力波（包括激波）的传播发展和含复杂几何形状边界的多分支管道流动问题。因此该方法可以作为一个有效的数值分析工具，用来精确预测多分支管道内详细的压力变化、速度变化和质量流量变化的过程。