2m×2m超声速风洞全挠性壁喷管气动设计及动态调试结果分析

中国空气动力研究与发展中心自行设计的2m×2m超声速风洞于2010年底建成,它是一座直流、暂冲式风洞,采用了全挠性壁喷管技术.喷管总长18m,具有马赫数1.5~4.0的十多个型面,每个型面通过24对撑杆的伸缩实施成型.该喷管的气动设计采用了具有连续曲率的Sivells设计方法,并用Maxwell方法对其进行了边界层修正.该喷管采用实验影响法进行了喷管型面的动态调试,个别型面还采用了二次修正.调试结果显示,在各设计马赫数下,试验段模型区流场指标均优于GJB先进指标,表明该喷管的气动设计是成功的.     

挠性壁喷管撑杆单位影响曲线相关性研究及其在2m×2m超声速风洞中的应用

对挠性壁喷管撑杆单位影响曲线的相关性进行了研究,提出了一种通过已知单位影响曲线计算同一马赫数相邻撑杆及相邻马赫数同一撑杆单位影响曲线的方法,结合实验影响法成功用于2m×2m超声速风洞二元挠性壁喷管的型面优化,有效提升了第一菱形区核心流速度场均匀性,大大提高了调试效率,降低了调试能耗,缩短了调试周期.该方法对类似喷管型面优化具有借鉴意义.     

半柔壁喷管初步实验研究

为了验证跨超声速风洞半柔壁喷管的气动设计结果,在试验平台上经过对喷管的动调,完成了半柔壁喷管的性能测试研究.得到如下初步结论:所使用的半柔壁喷管气动设计方法有效可行,马赫数调节范围及喷管流场均匀性指标达到设计要求;通过对喷管的动调,喷管第一菱形区的马赫数均方根偏差可降低30%~40%;在风洞吹风过程中,可实现喷管马赫数的连续变化功能,在喷管型面调节速度适当时,试验段流场均匀性指标与喷管固定型面时相当.     

跨声速柔壁自适应风洞及试验技术研究

简述西北工业大学自适应壁风洞研究课题组在“八五”期间开展跨声速柔壁自适应壁风洞试验技术研究的主要研究工作成果。简介该校的高速柔壁自适应壁风洞的设计及主要参数，以及在该风洞中开展的低超声速消除波反射的研究、近声速的自适应壁风洞试验技术研究和跨声速自适应壁试验段优化设计的研究。     

半柔壁喷管型面设计与校准方法研究

半柔壁喷管是跨超声速风洞柔壁喷管的一种类型,由喉道块、可变型面的柔板及出口端板等部分构成。半柔壁喷管具有长度短、支撑机构数量少、建设成本低、系统可靠性高、运行维护成本低等优点。鉴于半柔壁喷管的各项优点,航空工业气动院的0.6 m连续式跨声速风洞和2.4 m连续式跨声速风洞均采用半柔壁喷管。本文以0.6 m风洞的半柔壁喷管为例,详细介绍航空工业气动院的半柔壁喷管型面设计方法,主要内容包括曲率连续的喷管无黏型面设计方法、曲率连续的附面层位移厚度计算方法、喷管型面的迭代设计方法、半柔壁喷管设计方法和喉道块上游型线设计方法。本文提出了一种根据计算流体动力学（Computational fluid dynamics,CFD）和流场校测结果调节附面层位移厚度的喷管型面校准方法,有效地提高了喷管型面出口马赫数的精准度。半柔壁喷管流场校测结果表明,半柔壁喷管菱形区的马赫数偏差小,流场均匀性良好,达到国军标先进水平。     

跨声速风洞翼型实验洞壁状态的鉴定方法

本文叙述了利用近洞壁处实测的两排静压分布,在不同马赫数和零迎角条件下,对沿轴向分段可变开闭比斜孔壁状态的鉴定方法。计算用小扰动压力方程,鉴定结果与实验分析一致。用两排实测近洞壁处静压分布对洞壁状态做鉴定计算,主要优点是不涉及模型附近的复杂流场,可以采用简单的数学模型;不需要实验模型的描述; 便于向三元推广。     

利用M1.4喷管和开孔壁试验段实现低超声速流场实验研究

在FL-26y风洞中利用M1.4喷管和开孔壁试验段进行了实现低超声速流场的实验研究工作.通过实验研究验证了利用M1.4喷管在开孔壁试验段上建立起的低超声速流场的流场品质能够满足国军标合格指标的要求.实验还考察了不同稳定段总压、驻室抽气量等开车参数以及不同试验段扩开角、主流引射缝开度和开孔壁开孔率等洞体条件对流场的影响,为2.4m×2.4m跨声速风洞增设M1.4喷管,拓展该风洞试验马赫数的范围,使其具备M1.4的低超声速试验能力提供了技术支持,同时也为该风洞在下一阶段正式开展M1.4流场调试提供了可供参考的调试参数.     

Φ1.2 m高超声速风洞引射系统设计与性能试验

针对大型高超声速风洞总增压比高、抽吸范围宽、多级参数匹配等要求,开展了Φ1.2 m高超声速风洞多级引射器系统设计计算与抽吸试验研究。通过对无风洞主气流时第一、二、三级引射器的单级性能调试和多级组合性能调试,获得了三级多喷管中心引射器不同工作参数组合的抽吸性能,试验段静压最低达660 Pa。据此,总结得到了多级引射器高效运行的参数匹配原则。有风洞主气流时的引射系数试验结果与理论计算结果吻合较好,验证了多级多喷管引射器气动设计方法的可行性。设计结果可靠,可为高超声速风洞或其他地面气动试验设备的多级引射器系统设计与运行提供技术参考。     

高速风洞洞壁干扰减小与修正研究

亚跨声速风洞试验的洞壁干扰问题是影响风洞试验结果准确度的一个重要因素。南京航空学院 NH-1高速风洞首先使用了两种可变开闭比风洞壁来减小洞壁干扰,然后发展了一系列用壁压信息法对剩余洞壁干扰效应进行修正的方法。对国内外大量高速风洞实验数据进行了洞壁干扰修正,将降修正结果和 NASA 的非线性修正法结果、自修正风洞(近似无洞壁干扰)实验结果及无洞壁干扰的 N-S 方程计算结果进行了比较。结果表明,本文的修正方法结果正确,而计算量远远小于非线性修正方法的计算量。     

2.4m跨声速风洞TPS测控系统设计与实现

带涡轮动力模拟器(TPS)实验是一种先进的进/排气一体化动力模拟实验技术,该技术能为大型军用运输机、战略轰炸机、大型民用飞机、巡航导弹等推进/机体一体化设计提供必须的实验平台和有力的技术支撑.其中,TPS测控系统主要是为TPS单元驱动气体流量提供精确控制和测量并且负责TPS单元的安全监控工作.笔者介绍了2.4m跨声速风洞TPS测控系统的设计、实现以及调试应用情况.结果表明,整个实验系统运行稳定,工作可靠,TPS涡轮驱动气体的流量波动可以控制在0.001kg/s以内,可应用于型号实验.     

1.2m跨超声速风洞超扩段栅指控制系统

对 1 .2m跨、超声速风洞栅指M数控制系统作了较为详细的介绍 ,包括硬件系统的设计、硬件配置、功能选择和软件设计 ,以及本系统与风洞总压控制系统的连接和通讯 ,最后给出了 1 .2m跨、超声速风洞栅指M数控制系统的调试结果     

基于ADAMS风洞柔壁喷管动力学仿真分析

基于刚柔耦合动力学理论,联合ADAMS和PATRAN/NASTRAN软件,对风洞柔壁喷管进行了动力学仿真,同时运用NASTRAN软件有限元分析了柔壁部件的非线性变形.比较两种计算结果发现,忽略柔壁变形的非线性,动力学仿真会存在较大误差.为此,采用分段线性化的方法,计入柔壁的非线性变形,改进柔壁喷管的动力学仿真模型.结果表明:改进后的动力学仿真准确度较高,可应用于柔壁喷管运动控制设计.最后,进一步分析了推杆驱动位移对柔壁结构强度的影响关系,为合理控制推杆驱动,确保柔壁无损伤提供必要的理论依据.     

风洞供气控制系统数字阀的设计与应用

随着风洞供气试验所需的指标越发苛刻,模拟调节阀已经无法满足要求,同时针对目前PCM数字阀和PWM数字阀存在的缺陷,提出了一种PCM+PWM数字阀,通过PCM数字阀提供基准流量,PWM数字阀在基准流量的基础上再进行脉宽调节,以满足供气试验的要求。文中介绍了数字阀的研究现状、设计指标、喷嘴的类型选择和结构设计、喉道面积的分配、电磁阀参数计算和型号选择,以及基于PID的流量调节运算方法,并通过多次调试、优化参数,性能测试,最终开展了多项供气试验。试验结果表明,数字阀在风洞供气控制系统中的应用是成功的,试验流量绝对控制精度优于±3g/s,且响应时间短、调节范围宽和可靠稳定等特点为风洞供气试验提供了强有力的支撑。     

立式风洞全视场尾旋姿态测量技术研究

尾旋运动是飞机的一种非正常的极限飞行状态,复杂并且危险,极易造成飞行事故。在立式风洞中开展尾旋实验是研究尾旋现象的主要技术手段之一,目的是为了获取实验过程中模型飞机的姿态角,用于对其尾旋特性进行分析。针对尾旋实验运动状态的特点,以及双目测量系统在以往实验应用中的缺陷,设计了一种全视场测量方案,并围绕其关键技术问题开展了研究,使用编码标记识别技术实现特征标记的自动识别,通过基于刚体的三维重建技术实现模型姿态的测量,采用基于共同基准平面的数据标定方法实现多视角姿态数据的有效融合。通过立式风洞尾旋实验验证了该技术的有效性及可靠性,实验结果曲线完整,图像利用率达到了95%,为尾旋运动特性分析提供了更加丰富的数据支撑。     

CG-01风洞测控系统改造

改造后的CG 0 1风洞测控系统采用高速数据采集系统和智能控制技术 ,提高了测控系统的测控精度。用以太网实现计算机之间通信 ,除了模型姿态角控制和调压阀控制以外 ,将超扩段调节片和试验段可开闭壁板纳入计算机控制 ,提高了风洞运行效率。     

NF-6风洞马赫数闭环控制系统设计研究

对NF-6风洞的概况进行了简要介绍,重点阐述了风洞马赫数测量、控制方式及流程,分析了控制系统的结构原理,建立了马赫数闭环控制系统.该系统利用静叶角度机构实现马赫数控制的粗调,通过PI算法控制压缩机转速进行马赫数二次细调.实验结果表明:马赫数控制精度可达0.002以下,实现了实验段流场马赫数的准确控制,控制策略是正确可行的,控制系统是可靠的.     

跨声速风洞全模颤振试验悬浮支撑系统

介绍了用于CARDC的2.4m跨声速风洞伞模颤振试验的悬浮支撑系统的组成、试验装置的结构及其特点、控制算法等.给出了风洞调试试验结果,并进行了简要讨论.试验结果表明,研制的悬浮支撑系统具有强度高,对模型的浮沉和滚转控制能力强等特点.     

风洞试验模型舵机系统研制

提高试验效率一直是风洞试验的目标之一.介绍了中国空气动力研究与发展中心新研制的风洞试验模型舵机系统.地面调试与试验验证结果表明,新系统控制精度在满足国标要求的前提下,可大幅提高试验效率,降低能耗,具有很高的推广价值.     

结冰风洞喷雾系统控制方法研究

喷雾系统是结冰风洞的核心配套设备,主要用于模拟飞行器穿越云层飞行时的云雾环境。针对该系统结构复杂、控制精度要求高的特点,开展了压力和温度的控制方法研究。通过采用给定水泵转速、预置出入口调节阀开度和闭环调节出口调节阀开度的方法,解决了喷雾耙之间供水压力不一致及相互耦合的问题,实现了宽范围、高精度的供水压力控制。通过在准备阶段循环加热、在试验阶段变参数PID精确调温,实现了供水温度的精确控制。通过采用变比例系数快速PID调压和模糊自适应PID调温的控制策略,解决了供气系统压力和温度耦合及温度大滞后的问题,实现了供气压力和温度的精确控制。试验结果表明,控制方法有效,喷雾系统性能达到技术指标要求。