带锯齿边缘的铰链式畸变单元气动特性研究

随着现代飞机高机动性的要求和S弯进气道的提出，发动机进气道内流场畸变问题日益突出，如何在地面试车台准确模拟发动机进口气动界面（Aerodynamic interface plane,AIP）的总压畸变面临更大的挑战。本文以美国Arnold工程发展中心提出的一种新型可变开角的铰链式总压畸变模拟器为基础，以单铰链畸变单元为研究对象，采用RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)数值方法详细分析了铰链主要几何参数和来流马赫数对稳态畸变流场的影响规律，采用精度更高的分离涡模拟（Detached eddy simulation, DES）方法研究了铰链下游漩涡发展和总压脉动特征。通过对原铰链进行锯齿改型，在保证稳态畸变流场基本不变的前提下，加强了尾迹与主流区的掺混，有效降低了下游流场的动态畸变指数，扩大了稳/动态畸变比例的模拟范围。     

发动机空中插板逼喘试验研究

发动机飞行试验台进气扰流装置由一组安装在被试发动机吊舱进气道内的插板组成,通过安装不同数量的插板可以在被试发动机进口造成10%~60%的6种堵塞比.通过采用在发动机飞行台试验吊舱进气道上安装进气扰流装置对被试发动机进行逼喘试验,探讨了飞行台发动机插板逼喘试验的试验程序和方法.为进行被试发动机空中插板逼喘试验,测量被试发动机进口流场压力分布,对发动机飞行台试验吊舱的过渡段壁面加装了静压座,并安装了总压测量耙,对被试发动机进口的总压、静压及动态压力进行测量.在试验过程中,首先进行均匀流场地面试验,获得均匀来流下被试发动机进口总压流场,然后再安装30%、40%及50%的插板进行被试发动机地面逼喘试验,最后安装40%的插板进行被试发动机空中逼喘试验.研究了在航空发动机飞行试验台上采用插板方式进行逼喘试验的方法,包括试验设备、测试方法、试验程序,并对地面和空中试验的结果进行了简要的分析.     

测点的布置对紊流度测量的影响

本文采用不同数目和布置的测点对十余种不同类型和大小的稳态压力畸变和以压力紊流度表征的动态畸变流场进行了测量,得到了其流场的紊流度分布。文中对所测得的平均紊流度、紊流度的平方平均值及定义的不均匀分布度D值进行了分析,得出了测点的数目和布置对紊流度测量的影响,从而为工程上紊流度的测量提供参考。     

冲压发动机燃烧室进气畸变模拟装置设计及试验

设计畸变模拟装置是冲压发动机中解决进气道和燃烧室匹配问题的一个经济有效的手段.提出采用非均匀开孔率孔板作为进气畸变模拟装置.研究结果表明,因孔板局部位置堵塞比存在差异,气流经过后,下游截面的流量、压力和马赫数会产生梯度变化,进而形成畸变流场,通过数值计算、对比结果及改进开孔率的循环优化过程后,最终得到的流场在分布规律及数值上均与目标流场吻合较好.经试验验证,试验结果与目标流场分布规律一致,马赫数畸变指数偏差小于5%,证明了方法的可行性.     

非对称来流下隔离段内激波串受迫振荡流动实验研究

为探讨超燃冲压发动机隔离段内激波串受迫振荡区域壁面压力脉动特性,用非对称马赫数1.98的隔离段直连实验研究了低频周期性的脉动反压对隔离段内流动的影响.实验结果表明:隔离段能有效地隔离周期性反压脉动对上游未扰动流场的影响;反压脉动以第二特征波速向上游传播并影响了上游的壁面压力脉动,但在激波振荡区域,压力脉动主要受激波振荡的影响;厚附面层一侧的下壁面激波振荡区域内压力脉动前传时以指数规律衰减;薄附面层的上壁面激波振荡区域内压力脉动前传时却是波动的.     

扫描式总压耙在高超声速推进风洞流场测量中的应用

在风洞实验中,为了保证实验结果的可靠性,首先需要了解流场的品质。笔者自行设计研制了用于高超声速推进风洞流场测量的带有水冷装置的可移动式扫描总压耙。对于出口截面为300mm×187mm的风洞喷管,通过计算机程序控制,可在3s时间内实现全截面间歇式或连续式扫描,最大移动速度可达250mm/s,而且定位准确。通过扫描结果,分析了流场压力均匀性、稳定性以及实验结果的可重复性,同时还给出了风洞喷管出口截面的总压与马赫数等值线图。从而为超燃冲压模型发动机实验提供参考数据。     

压力不匹配混合层流场结构的实验研究

为了研究压力不匹配超声速湍流混合层流场结构,采用时间平均纹影、脉冲激光纹影和高时空分辨率NPLS方法获取了相应的流动显示图像.根据不同时间和空间分辨率的实验图像所展示的流场结构,研究了激波与膨胀波对混合层整体结构的影响,分析了压力不匹配对混合层精细结构的影响.     

“变唇口型压畸变流场模拟技术”通过了技术鉴定

南京航空学院动力工程系承担的“七五”预研课题“变唇口型总压畸变流场模拟技术”,经过几年的研究,取得了丰硕的成果,现已通过航空航天部组织的技术鉴定,得到了与会专家的一致好评,认为技术上属国内领先水平。 进气道出口总压畸变流场模拟技术是进气道与发动机匹配相容性试验必不可少的手段。     

管道测压系统频率响应研究

准确测量模型表面的脉动压力对于研究建筑物表面风荷载具有重要的意义.在实验室中通常采用管道系统和传感器对物体表面压力进行测量.然而,模型表面的压力信号通过管道系统后会在幅值和相位两方面发生畸变.在管路系统中加限流器能在很大程度上改善管路系统的频率响应特性.笔者应用Tijdeman的管道频率响应理论进行了不同管子和限流器尺寸参数组合的计算,并且进行了系统的对比实验.结果表明:计算和实验结果符合良好,文中进而讨论了有关参数对管路系统频率响应特性的影响.结果对如何正确测量建筑物表面脉动压力提供了一种有效的方法.     

非平稳脉动压力数据的SPWVD时频分析技术研究

对于高速风洞中进行的非定常流动脉动压力实验,由于传统的Fourier变换无法表示脉动压力频谱特性随时间的变化规律,因此必须借助时频分析工具进行数据处理.根据非定常流动脉动压力信号的特点,通过对几种时频分析方法进行理论分析与比较,确定Smooth Pseudo Wigner-Ville Distribution(SPWVD)方法是比较合适的分析工具.通过对实验数据进行处理,发现SPWVD具有较好的时频聚集性,能够有效地消除二次型分布固有的交叉项干扰;基于SPWVD的时频分析技术能够刻画出某实验舱门开闭过程中脉动压力的能量密度、瞬时功率以及能量谱密度随时间、频率的分布特性与动态变化;在流场参数发生改变时,SPWVD能够正确地反映出脉动压力特性随流动形态的变化.     

瞬态压力测量中通道效应的修正(英文)

某些情况下，在测试瞬态压力时必然包含有连接通道，内燃机示功图的测量就是一个典型的例子。但是通道的气动特性使测录的压力波发生畸变，本文考虑了通道中的非定常、非等熵流动，并且提出了一种特殊的逆特征线法用于对畸变直接进行校正，实验结果显示通道的畸变效应可以得到完全的修正。另外，本文指出在传感器的安装、维护、寿命和抗热冲击等方面，连接通道的存在反而是有利的。     

腹下后置大偏距S弯进气道气动特性试验研究

对一种腹下后置大偏距S弯进气道进行高速风洞试验研究,得到了该进气道的工作特性:(1)随着流量系数的增加,进气道出口总压恢复系数略有下降,稳态周向畸变指数、紊流度和综合畸变指数均上升;当流量系数较大或较小时,进气道出口气流总压脉动均存在局部峰值。(2)在试验研究范围内,来流马赫数和侧滑角的变化对进气道性能影响不大;随着迎角的增大,总压恢复系数有所上升,畸变指数有所下降。(3)进/发匹配点处,进气道出口气流总压脉动功率谱密度分布呈现白噪声特征,对进气道/发动机匹配工作是有利的。     

畸变图谱的绘制

本文介绍了一种用绘图仪绘制畸变图谱的技术,並讨论了数值逼近方法及边界条件对图谱的影响。文中建议用二元三次样条逼近压力分布来求得密网格节点上的压力值。文中的绘图技术也可用来绘制温度畸变图谱和其他类型的等值图。     

基于五孔探针的大S弯进气道总压畸变测量与评估

进气道总压畸变的测量与评定是进气道/发动机一体化的重要内容。大S弯进气道具备出色的隐身性能，但其出口流场非常复杂，传统总压测量方法造成的误差显著增大，进而引起总压畸变评估误差，阻碍进/发一体化设计。为了提高大S弯进气道的总压畸变测量与评估的准确性，本文提出了一套基于五孔探针的测量方法。分析测量结果表明:分区拟合方法更能适应大S弯进气道强旋流场的总压数据处理；随着马赫数从0.2增加到0.6，周向总压畸变指数从0.005左右递增到0.09左右，径向总压畸变指数最大不超过0.055，马赫数越大，总压畸变越剧烈，周向总压畸变占据主导；出口截面主要总压畸变区的总压恢复系数最低不到0.85；相比数值计算、总压耙测量，五孔探针测得结果更加全面、合理。     

蛇形进气道地面工作状态附面层抽吸试验研究

对一种蛇形进气道开展了地面工作状态下的抽吸试验研究,结果表明,在该状态下进气道出口截面的总压恢复系数较低、流场畸变较大。为此,本文采用附面层抽吸技术对其进行了地面抽吸状态下的流场控制试验研究。研究结果表明:(1)地面工作状态下,随着出口马赫数的增加,蛇形进气道出口截面的总压恢复系数不断下降,而稳态周向畸变指数、紊流度和综合畸变指数均上升,稳态径向畸变指数变化不大。本研究的蛇形进气道在出口马赫数为0.45时,总压恢复系数为0.90,综合畸变指数为13.85%,总压恢复较低,畸变较大,超出了一般航空发动机的承受范围。(2)与原型方案的地面抽吸试验结果相比,采用附面层抽吸技术后,进气道出口截面的总压恢复系数得到了提高。在出口马赫数为0.45,相对抽吸量为0.043时总压恢复系数提高了2.6%。     

非定常压力测量中信号失真的管传递函数修正方法

使用外置压力传感器测量非定常压力会造成非定常测量信号失真. 这是由连接外置传感器和测点之间的管道传压系统引成的. 阐述了一种修正这种非定常信号失真的方法.从而使得运用外置传感器测量非定常压力成为可能.这种技术使用已知的管传递函数在频域中修正非定常测量信号的失真. 同时修正失真信号振幅的变化和相位角的偏移.给出了这种修正技术的运用实例:在叶轮机颤振试验中测量叶片表面非定常压力和在非定常旋涡脱落试验中测量尾迹.     

氢燃料双模态冲压模型发动机M6的试验研究

笔者研究了一个有突扩台阶的氢燃料高超声速冲压发动机模型的气体动力学特性和推力特性。氢气从位于燃烧室突扩台阶后的支板逆来流喷注,测量了氢气燃烧状态下模型发动机壁面的压力分布和推力收益数据。实验结果表明,在氢气的当量油气比为0.35～0.8的范围,在本模型流道构型条件下,氢气自燃,并随当量油气比的增加,燃烧室内压力增加,获得的推力收益增大,最大推力收益达到500N。实验在CARDC的脉冲燃烧风洞中进行,实验马赫数为6,总温1850K,总压5.5MPa。     

带辅助进气的二元超声速进气道低速特性

通过飞行试验，研究了带辅助进气门的二元超声速进气道在亚声速低马赫数飞行时的内部流场分布及进气畸变等特点。结果表明，辅助进气流与进气道内主流掺混会在进气道内辅助进气门下游区域产生低总压区，引起畸变增加、总压恢复下降，并且进气量及引起的畸变随发动机转速的增大而增大，随马赫数的增加而减小，随飞行高度的变化则无显著差异；同时，侧滑角向左及向右增大时辅助进气产生的低压区范围以及进气畸变也会增大，而迎角变化时进气畸变及总压恢复变化不明显。另外，通过分析各试验点进气道出口低总压区的变化与流量系数的关联，确定了该型进气道辅助进气门打开及关闭状态对应的工作范围。