高超声速平头圆柱绕流化学反应流场的DSMC/EPSM混合算法研究

本文发展了平衡粒子模拟方法(EPSM)，建立了与高温气体化学反应动力学理论相匹配的EPSM耦合模型，并通过混合参数进行流区的自动识别，将EPSM方法与蒙特卡罗直接模拟方法(DSMC)结合，构造了可模拟化学反应流动的DSMC／EPSM混合算法。应用该算法对汲及化学反应的轴对称情况下高超声速平头圆柱绕流流场进行模拟，将结果与DSMC方法的结果进行比较，验证了新算法对求解化学反应流动的可行性。将混合算法的计算效率与DSMC方法的计算效率进行比较，发现混合算法能够大大提高计算效率。     

弹射座椅稳定伞高速风洞动态测力试验研究

为了测试弹射座椅稳定伞在高速气流中的动态特性,在1.2m×1.2m跨、超声速风洞(FL 24)进行了稳定伞高速风洞动态测力试验。笔者叙述了试验方法,并给出了典型试验结果,包括稳定伞在试验M=0.65±0.04时的气动特性、进入自转状态的时间t自转以及在试验M=1.14时的强度测试结果等。试验结果表明,稳定伞的材料、设计及工艺是可行的,试验方法是成功的。     

高超声速弹道靶泰氟隆锥模型及弹托设计

模型及弹托设计是开展弹道靶试验研究的基础。对用于再入物理特性研究的泰氟隆锥模型,采用了钨、铝作芯体配重的鞘套结构,而弹托采用了四瓣不封底和八瓣全包覆两种结构并选用了聚碳酸酯和超韧尼龙两种材料。发射试验结果表明:用此方法设计的泰氟隆锥模型和选用超韧尼龙做成八瓣全包覆弹托能实现泰氟隆锥模型的超高速发射,模型的发射速度达到5.7km s,且模型与弹托分离满足再入物理试验研究的要求。     

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。     

飞机外挂物部件气动特性的试验研究

介绍了在气动中心高速所FL-24风洞中进行的飞机外挂物部件气动特性试验研究的简要情况和典型试验结果。试验是在M=0.60～1.50、α=-4°～16°、β=0°～5°条件下,利用两台内式五分量天平,分别测量得到了某飞机干扰流场下该机左右侧机翼翼下某导弹弹翼、尾舵的气动特性。结果表明:试验获得的导弹弹翼、尾舵的气动特性变化规律合理,量值可信。试验研究的成功,提高了风洞试验能力,为飞机外挂物部件气动特性的获得提供了有效的技术途径。     

2.4m跨声速风洞带TPS测力试验数据精度要求分析

成功建立带TPS风洞测力试验技术的一个关键问题是确保试验数据具有足够的精度,必须精细地分配误差。为获得满足工程需要的高精度测力试验数据,给出一种基于计算机符号运算的子程序,完成不确定度计算过程中公式自动推导、计算。最后通过对TPS风洞试验数据精度的敏度分析,给出了某运输机在2.4m跨声速风洞TPS试验中各环节的误差分配要求。     

基于符号计算的风洞试验测量不确定度评估

基于符号计算进行风洞试验测量不确定度分析可以实现实验数据处理公式及误差灵敏度系数的自动推导 ,采用该方法对ZSDD 1导弹标模风洞试验结果进行了定量的试验不确定度评估 ,计算得到的气动力系数精度极限与重复性试验得出的试验精度吻合良好 ,气动力系数偏离极限计算值通常是其精度极限的 3～ 4倍 ,其不确定度大约是其精度极限的 4倍。笔者所述分析方法和分析程序为定量评估风洞试验数据的可靠性提供了一种有效手段。     

氢燃料燃烧加热风洞中水蒸气相变效应的数值研究

为明晰氢燃料燃烧加热风洞中的水蒸气相变效应,采用同时考虑凝结和蒸发相变模型的多组分输运可压缩流动数值模拟方法,研究了超声速喷管内的水蒸气凝结过程以及凝结气流再蒸发对典型压缩构型(二维斜劈、三维斜劈和圆锥)流场参数及气动力的影响。结果表明:氢燃料燃烧加热风洞喷管气流中,水蒸气在较低总温条件下确实存在较大程度的凝结相变,但同时在斜劈激波压缩后也存在较强的蒸发相变;凝结会使喷管流场参数发生较大偏离,但再蒸发效应又会使气流经过斜劈压缩后趋近理想状态,趋近的程度受到压缩程度的影响。本文计算条件下,喷管内水蒸气相变导致出口参数偏差大于10%,但经过12°斜劈压缩后,流场参数以及表面气动力可恢复到理想状态的95%以上,此时相变的影响基本可以忽略。     

基于温敏漆的边界层转捩测量技术研究

以自然层流翼型RAE5243模型为研究对象，在0.6m跨超声速风洞进行温敏漆（Temperature Sensitive Paint，TSP）转捩测量技术研究，在Ma0.73和Ma0.75条件下开展了模型基本外形和鼓包外形的转捩测量试验。针对缺乏定量分析手段的问题，提出基于温度梯度的转捩位置自动判定算法，包括图像预处理、转捩点定位与筛选和转捩位置计算3个步骤。模型温度分布及转捩测量结果表明:重复性试验结果偏差较小，验证了转捩测量结果的可靠性；相同马赫数条件下，鼓包外形转捩位置相对基本外形向后缘移动；相同外形条件下，Ma0.75的转捩位置相对Ma0.73向后缘移动。TSP试验结果与CFD计算结果吻合较好，变化趋势一致，检验了数值模拟方法的有效性。     

高焓电弧风洞试验热化学非平衡流场数值模拟

针对高焓电弧风洞内部流动的热化学非平衡效应及气体组分和振动能量冻结效应导致的试验数据外推困难问题，基于高焓风洞喷管/试验段/试验模型一体化数值模拟的思路，通过数值求解三维热化学非平衡Navier-Stokes方程，开展了FD-15高焓电弧风洞典型运行状态下流场的数值模拟，与典型试验状态的气动热数据进行了对比验证，研究了试验数据外推飞行条件的方法及有效性问题，分析了提高驻室总压对试验数据外推的影响。研究表明:（1）风洞试验段来流离解度高，热化学非平衡效应及其冻结现象严重；（2）热流校核试验测量数据位于一体化数值模拟的完全催化热流和非催化热流之间，分布合理，验证了计算方法和程序的正确性；（3）试验模型安放位置对模型表面压力和热流存在影响，模型与喷管出口的距离越大，模型表面压力和热流越低；（4）当驻室总压较低时，通过双尺度模拟准则（模拟飞行条件总焓和双尺度参数ρ_∞L）外推热流失效，使用部分模拟准则（模拟飞行条件总焓和驻点压力）外推热流也会出现较大差异，在非催化条件下这一现象更加明显；（5）当驻室总压较高时，使用双尺度模拟准则或部分模拟准则外推飞行条件，产生的热流差异明显减小。