薄膜电阻温度计原理性误差分析及数据处理方法研究

薄膜电阻温度计是高超声速测热试验中一种常用的传感器,多用于激波风洞中.改进薄膜电阻温度计测热数据的后处理方法,分析其原理性误差,提出修正方法,可以进一步提高热流测量精度,为防热设计提供可靠数据.应用三维热传导理论,考虑热流和温升的耦合影响,计算了气动加热条件下薄膜电阻温度计结构温升情况,得到了铂层内的温度分布规律,并与一维半无限简化理论得到的薄膜电阻温度计表层温度相互对比,得到了模型简化带来的原理性误差;建立了由表面温升计算表面热流的导热反问题计算方法,与经典的Cook-Felderman处理公式和热电模拟网络处理方法相互对比,提出了修止热流值的方法,为提高热流测量精度提供了一种可行的手段.     

高超声速气动热辨识技术实验研究

为估计高超声速飞行中的气动热流,采用热流辨识技术研究了平板表面的气动热流.首先采用仿真数据对辨识方法进行验证,结果表明,在测量噪声较低时热流辨识结果误差较小.此后,开展了平板的高超声速气动热风洞实验,通过内埋热电偶测量平板内部温度,采用热流辨识法获得平板表面的气动热流,采用辅助测点对比验证了内埋测点辨识结果的可信度.最后将辨识结果与平板边界层热流理论估算结果进行对比,分析了两者产生误差的原因.本文的研究为热流辨识技术的实际应用奠定了基础.     

运载火箭尾段底板表面凸起物热响应研究

对运载火箭尾段增压输送系统凸起物的热环境适应性进行了分析计算,得到了不同凸起物结构温度随时间变化的曲线,分析了热流条件、表面发射率、物体质量/面积比对凸起物温升的影响,并计算了采用高温合金后凸起物的温度响应,对增压输送系统凸起物热防护优化设计提供了指导。     

塞块量热计的热流计算与修正方法研究

为减小塞块量热计的热流测量误差,对其热流计算与修正方法开展了研究。根据能量守恒原理和传热理论,建立了隔热套结构塞块量热计的传热模型和计算方法;通过对塞块量热计传热模型的仿真分析,给出了温升率提取方法和计算误差的主要影响因素;提出了直接比对标定修正方法和基于标定的数值计算修正方法。仿真和试验结果表明:两种方法均能较大幅度减小塞块量热计的热流测量误差,使其误差控制在5%以内;直接比对标定修正方法的误差相对更小,但要求热流标定系统能覆盖被测热流范围;基于标定的数值计算修正方法对热流标定系统要求较低,适用范围更广。     

飞行试验用双结点热电偶传感器研究及测量误差分析

高超声速飞行试验气动热测量对快响应、小型化的热流传感器提出了需求，双结点热电偶传感器具有响应快、尺寸小、测量信息丰富等优点，是飞行试验热流测量的优质解决方案。以双结点热电偶传感器为研究对象，开展了传感器测量原理、传感器结构以及测量方法研究，并将该传感器应用于飞行试验模型壁面温度测量。试验结果表明:双结点热电偶传感器可同时测量模型表面温度和背面温度；背温测量误差相对较大，背温测量结点尺寸较大、背温测量结点与模型壁面之间的绝缘涂层是影响背温测量结点热响应的主要原因。针对双结点热电偶传感器，目前尚缺乏相应的热流辨识方法。     

多喷流干扰级间热环境风洞试验研究

运载火箭级间热分离过程中,级间段受高温高压喷流的影响,所处环境恶劣,研究级间热环境中压力、温度和热流分布规律对级间段结构的优化具有重要意义.在(φ)1m高超声速风洞中,采用以微型固体火箭燃气为喷流介质的热喷流模拟技术,模拟了运载火箭二级主发动机和四个游动发动机同时工作多喷流干扰条件下的级间热环境,并对级间压力、温度和热流测量试验技术进行了研究,获得了不同级间距、不同排燃窗开口数量情况下的二级底封头和一级前封头表面的热流、温度及压力分布特性.试验结果表明,级间距越小,分离环境越恶劣,压力、温度、热流分布越不均匀;总排燃面积保持不变,排燃窗开口数量变化,对一级前封头上的压力、温度、热流影响不大,但对二级底封头影响较为明显,随着开口数量的减少,二级底封头上压力、温度、热流值均有所增大.本项试验采用同轴热电偶测量了级间区域的热流,热流结果精准度的提高以及热流模拟准则还需进一步探索和研究.     

飞行器气动热与结构传热双向耦合研究

高超声速飞行器热防护结构的设计优化取决于对于飞行器气动热环境与结构内部温度场的准确预示,两者之间的耦合作用对此有着显著的影响。本文针对典型圆管绕流问题开展高超声速非定常流动与热防护结构传热耦合的数值计算。流场部分求解基于量热完全气体的三维粘性可压缩流动Navier-Stokes方程,固体部分求解瞬态热传导及结构响应方程获得结构温度场、热应力及应变。耦合计算采用分区迭代方法,在流-固交界面上进行壁面热流与温度的数据传递,实现了流体与结构的耦合计算。以典型圆管前缘风洞数据对上述多场耦合分析方法进行了验证,结果表明激波位置与壁面热流的计算结果与风洞试验结果一致。基于该方法对典型翼面结构在不同来流马赫数条件下的结构力热响应的模态特征。该方法能够对高超声速飞行器的气动力热载荷与结构传热的规律进行预示,从而为飞行器热防护结构的设计优化提供设计依据。     

耦合传导/辐射情况下的传热系数和表面热流辨识

耦合传导/辐射情况下的传热参数和表面热流辨识问题是一类特殊的传热逆问题,在工程上应用较广。本文首先建立了耦合传导/辐射的传热问题的数值方法,进行了算例验证。然后分别建立了同时辨识材料热物性参数和辐射吸收系数的算法、辨识非稳态表面热流密度的算法;分析了测点位置、测量误差、辐射吸收系数对辨识结果的影响。结果表明:同时辨识材料热物性参数和辐射吸收系数时,利用右端测点的温度辨识出热传导系数值的精度较高,利用中间测点温度辨识出的辐射吸收特性系数值精度较高。对于表面热流的辨识,测点越靠近加热面,辨识结果的精度越高;吸收系数对中间测点的辨识结果影响大于其他位置测点的辨识结果。     

复杂管路结构动力学特性分析

采用计算模态分析和试验模态分析的方式,对包含焊接连接的复杂管路结构动力学特性进行研究。考虑内部零件的质量效应以及焊接连接对局部刚度的影响,建立了复杂管路结构的有限元分析模型,并开展了计算模态分析;采用锤击法和非接触式测量方法进行复杂管路结构的试验模态分析。对比仿真结果和试验结果可以发现:采用焊接建模方式可以提高焊接部位局部刚度,使得管路结构模态频率有所升高;管路结构两端固支边界条件下前五阶模态频率的计算结果与试验结果误差不超过3%;管路结构测点处的随机振动响应试验结果与仿真结果相差3.3dB。     

激波风洞驻点热流测量误差机理及其不确定度研究

详细分析了测热传感器安装后驻点区曲率变化对局部流场变化和热流变化的影响规律,并根据不同传感器的类型和敏感元件的组成情况,研究给出了修正方法和修正系数;研究了传感器表面温升与热流之间的相互影响关系,对热流实测结果进行了修正。同时,研究了来流流场的微小变化对热流的影响,分析了传感器组成尺寸、人为读数、传感器重复使用等随机因素对热流测量的影响,并结合随机误差分析理论给出了不确定度的评定方法,计算得到了某次热流试验中的测量不确定度。并由此给出了对传感器制作和测热试验方法的改进建议。该文的研究内容有利于进一步提高热流测量精度,为高超声速飞行器的研制提供参考。     

无人驾驶直升机设计的主要载荷研究

论述无人驾驶直升机设计的主要载荷研究问题。（１）设计规范研究：主要讨论国内外无人直升机尚无设计规范的情况下，载荷问题的处理与应用；（２）静强度载荷研究：通过机体结构强度计算及全机静力试验，论及静载荷下全机的强度与刚度品质；（３）全机振动特性与响应研究：通过机体动力特性计算，动力特性试验及振动水平测试论及全机振动与响应特性；（４）着陆载荷研究：通过撬式起落架功量计算分析，落震试验论及全机着陆载荷特性     

小尺寸Schmidt-Boelter热流传感器的研制

为满足常规高超声速风洞试验的热流测量需求,研制了一种小尺寸Schmidt-Boelter热流传感器.建立了传感器仿真模型并基于该模型对其结构尺寸开展了优化设计.根据优化结果,制作了尺寸为Φ3×10 mm的传感器样件.在弧光灯热流标定系统上进行了性能测试,试验结果表明:该传感器灵敏度系数大于30μV·m2/kW,响应时间...     

翼型在自适应壁风洞中试验时的侧壁边界层三元效应研究

二元翼型试验时模型安装于侧壁转盘上会引起侧壁边界层三元效应，中国航空研究院西北工业大学和德国宇航院哥廷根流体力学研究所合作用计算和试验方法进行了研究。作者介绍了1995～1998年的研究，包含研究目的，方案，计算方法，在德国路德维希管风洞中的验证试验，结果分析和初步结论。     

高温真实气体效应中催化效应对气动热影响的实验探索

主要介绍了在氢氧爆轰驱动高焓激波风洞中进行真实气体效应中催化效应对气动热影响的实验研究。首先从测试工作的角度,论述了测热模型、测热传感器及风洞改进等关键技术问题及其解决方法。其次描述了在氢氧爆轰驱动高焓激波风洞中,首次开展气动热风洞试验的过程及其初步结果。结果表明:热流数据随测点位置和迎角的改变呈有规律的变化;在同样条件下,完全催化表面比完全非催化表面热流数值有明显增加的趋向。     

板翅式及管翅式换热器气流湍流特性研究

在连续式回流风洞中,为了控制风洞气流的总温,平衡风扇或压缩机做功产生的热量,需要在风洞试验段上游布置换热器。风洞换热器除了需要提高换热效率、降低压力损失之外,其对来流的整流效果及自身所引发的湍流流动也会对风洞试验段流场品质造成影响。在0.55 m×0.40 m低噪声航空声学风洞中,使用热线风速仪对椭圆管翅片式及板翅式换热器的下游湍流度分布进行了试验研究,获得了不同构型换热器的压力损失特性。采用数值模拟方法,对不同构型热交换器的再生湍流度进行了模拟和分析。研究结果表明,椭圆管翅片式与板翅式换热器对湍流流动的整流效果有明显差异。椭圆管翅片式换热器对降低湍流度、抑制其不均匀分布的效果要优于板翅式换热器,板翅式换热器对湍流度横向分量的整流效果较好,板翅式换热器的再生湍流度约为管翅式换热器的30%~40%。研究结果可为高流场品质要求的大型连续式风洞换热器的选型及优化提供参考。     

二维非结构网格生成及其数值模拟

提出一种二维非结构网格生成算法以及一种新的绕翼型的数值计算格式。首先,在Delaunay生成算法的框架下结合了阵面推进算法的优点,从覆盖整个计算区域的三角形着手,给出判断准则,由这些三角形的边直接生成新点,让新点与符合要求的三角形的边的两点相连构成三角形,这样生成的三角形网格具有较好的几何性质;其次,针对二维N0012翼型跨声速绕流问题提出了一种新的计算格式。通过建立插值模板的概念,在每一个模板上运用最小二乘和MUSCL思想相结合的办法针对初始变量构造线性插值多项式,改进了原有的权系数的计算准则,将各插值多项式通过加权平均得到在整个模板集上通用的插值多项式,从而构造出高阶的有限体积格式;最后,计算结果表明本文工作具有一定实际应用价值。     

一种采用解析积分的直线单元的边界元法

本文提出一种采用解析的直线单元计算受有离心力的二维问题的边界元法,推导了相应直线单元的积分解析式。算例表明,本文方法能获得较高的数值精度,尤其在计算靠近边界的内点应力时,效果更好。     

利用二、三维嵌套技术数值模拟复杂边界下的流场

通过数值模拟复杂几何区域和边界条件下二、三维嵌套紊流模型,获得了计算区域内任意一点的流场信息。这一方法克服了常规的单纯模拟二维或三维紊流控制方程组而无法获得准确的自由表面和三维紊流场的缺点,通过两者有机的结合,并采用动边界处理等先进的计算技术,得出了精度更高、更为合理的紊流场。该方法曾被用于三峡工程大江截流完成之后导流明渠通航的流场模拟中,计算结果合理可信,部分成果的精度也已得到了实测资料的验证,成果为导流明渠通航路线的选择提供了依据     

高超声速对流环境下冷点效应对圆箔式热流传感器测热特性的影响研究

在高超声速对流环境测量气动加热时,圆箔式热流传感器表面温度往往低于被测物体表面温度,这种表面温度的不连续会影响边界层流动,使热流测量结果产生偏差。针对高超声速对流条件下的钝头-平板模型,采用数值模拟方法研究了传感器表面局部低温引起的"冷点效应"形成机理以及对表面热流的影响。结果表明:被测物体表面壁焓H_w与恢复焓H_re的比值H_w/H_re越高,"冷点效应"越明显;传感器表面温度T_w2与被测物体表面温度T_w1的比值T_w2/T_w1越小,"冷点效应"越明显;来流雷诺数Re对"冷点效应"影响较小。在马赫数Ma=18的来流条件下,研究分析了冷点效应对传感器测量结果的影响,结果表明:冷点效应使测量结果偏高1.25倍,复现了热流预示结果与试验结果的差异。