脉冲风洞热喷流实验方法初步研究

发动机燃气喷流对高超声速飞行器后体气动热环境有显著的影响,燃气喷流的物理模型对预测飞行器局部热环境有显著影响,为了利用脉冲风洞研究这类影响规律,研制了一套瞬态热喷流供气系统,建立了瞬态热喷流供气系统的工作方法。该系统的核心技术是利用氢氧燃烧驱动路德维希管（Ludwiegtube）,提供瞬态热喷流气源。本研究包括以下内容：不同氢氧比例对燃烧产物热力学状态及产生方式的影响;不同点火、破膜方式对气源产生及喷流流场稳定性的影响。本研究提出的热喷流供气系统可以提供满足缩比模型喷流实验所需喷流状态的热气源;可以在50ms内起动工作,满足与脉冲风洞同步工作的要求。     

喷流有益干扰的实验研究

本文介绍了具有两侧冲压发动机的超音速复杂组合体的尾喷流对主弹体尾部阻力与底部阻力的影响,并根据喷流的结构、机理与效应,设计了四种不同的后体。实验研究表明,利用喷流的有益干扰,可使主弹体零阻显著下降,从而得到一种优化的后体外形。     

剪切水气界面下湍流特性的实验测量

通过实验研究了受气流剪切但无明显波动的水气界面下的湍流特性。当界面剪切较强(ur≥0．20cm／s)时，水面边界层中平均流速、速度脉动强度和Reynolds切应力的分布形状与固壁湍流相似，预示剪切水气界面和固壁附近的湍流相干结构是相类似的。另一方面，水面湍流也表现出不同于固壁湍流的细节特征。与自由面湍流不同的是，在靠近剪切水气界面的流场中流向和垂向速度脉动同时受到抑制。     

声激励喷流流动的实验研究

本文就喷管上游加入“声激振”对喷流流动特性的影响进行了机理性实验研究,得出在不同声激振参数和喷流工况条件下的喷流参数变化规律及相应的流动显示图象。实验结果表明,一定的声激振能量可引起喷流核心区长度缩短,掺混宽度增加,并对外界空气增大引射掺混。      

高马赫数下横/逆向喷流干扰流场数值研究

横向喷流和逆向喷流广泛用于高超声速飞行器气动力与气动热控制。采用格心型非结构有限体积法求解基于三温度热化学非平衡模型的全Navier-Stokes方程,对高空、高马赫数来流条件下二维圆柱状构型飞行器的喷流干扰流场进行数值模拟,研究了仅存在横向或逆向喷流以及横/逆向喷流同时存在时的复杂流场结构以及喷流降低热流、减阻、改善升力的具体效果。通过控制变量的方法,探究了不同参数（马赫数、静压）的喷流对流场结构及飞行器的气动力、气动热的影响规律。结果表明：在一定条件下,当逆向喷流与横向喷流同时存在时,下游的横向喷流可以影响到上游的逆向喷流流场结构;逆向喷流可以显著减小高超飞行器阻力,并降低头部壁面热流峰值,而横向喷流对高超飞行器的升力特性有一定提高;在横向喷流已用于飞行器姿态控制的情况下,一定条件下可以同时使用逆向喷流,既可以减阻、又可以降低热流峰值,还可以提升升力。     

高马赫数下激波湍流边界层干扰数值研究

应用GAO—YONG可压缩湍流方程组数值模拟了入射斜激波／平板湍流边界层相互干扰现象,计算了来流马赫数为5．0,激波入射角度分别为15．876°、23．287°两种不同激波干扰强度下的流场。计算程序中的对流项、扩散项分别采用二阶ROE格式和二阶中心差分格式离散,并用多步Runge—Kutta显式时间推进法求解空间离散后的控制方程。计算较好地模拟了高马赫数下的激波／湍流边界层干扰的流场结构,位移边界层厚度,动量损失厚度等,也比较准确地预测了平板壁面压力、摩阻系数等气动力参数的分布。     

湍流模型对喷流计算精度的影响研究(英文)

采用三维RANS代码MBNS3D对包含了内流、外流及后体干扰的三种简化尾喷流,进行了数值模拟研究。通过壁面压力分布及喷流截面速度型与实验数据的对比,研究了SA和SST两种湍流模型及其修正(SACC,SADES,SSTCC)对喷流计算精度的影响。本文计算表明,SSTCC模拟效果最为精确;利用SA模型进行脱体涡模拟,在同样的网格下优势不明显。湍流模型可压缩修正改善了模拟喷流的膨胀趋势,但对附面层分离位置的预测,在本文的工作中,还不如原始模型。两类模型相比,SST模型的结果好于SA模型。     

火箭燃气喷流的数值和实验研究

通过数值计算和实验,研究了２１和９火箭发动机燃气喷流流场。数值计算采用激波高分辨率、二阶精度ＴＶＤ格式,得到包括射流边界、桶形激波、反射激波、Ｍａｃｈ盘和滑移线的清晰的流谱。实验测试应用Ｆ－Ｐ激光干涉仪和自动测压系统,得到流场Ｆ－Ｐ干涉照片和压强分布。计算结果与实验结果符合较好     

弹丸头部喷流的风洞实验测试技术

主要阐述了弹丸头部喷流风洞实验中的实验方法、气动力干扰影响及预测方法。介绍了气动力测量、压力测量、底阻测量的关键技术及解决途径。     

超声速湍流边界层中横向声速喷流的混合LES/RANS模拟

通过对超声速湍流边界层中横向声速喷流的计算,对一种混合大涡/雷诺平均Navier-Stokes(LES/RANS)模拟方法进行了测试,该方法采用一个依赖于到壁面的距离及当地湍流参数的混合函数结合两方程k-ω SST(shear stress transport)湍流模型和混合尺度亚格子模型来封闭湍流项.计算结果表明:混合模拟方法能够捕捉到喷流/湍流边界层相互干扰的非定常大尺度结构,且对分离区长度、壁面静压峰值和膨胀区静压分布的计算精度要高于RANS(Reynolds-averaged Navier-Stokes)方法.      

侧向喷流的一种直接实验模拟

研究了侧向喷流的一种直接实验模拟技术，旨在探讨喷流力直接作用在天平上时，侧向喷流对气动载荷的影响及其增益情况。本文的直接模拟是通过一种通气式应变天平实现的。研究中分析了有关模拟原则，妥善处理了诸如高压气体密封、天平变形引发的漂移、干扰等相关技术问题，并在一尖拱柱构型上实现了多种条件下的直接模拟，给出了来流条件和喷口参数条件对法向力、俯仰力矩增益因子的影响。最后，就实验结果进行了适当讨论和评述。     

湍流标度律的实验测量

实验测量了射流与圆柱尾流纵、横向的湍流速度脉动，计算了这两种方向的湍流速度结构函数的标度规律。结果表明，横向的湍流速度脉动比纵向有着更大的间歇性，这支持目前已有的一些关于均匀各向同性湍流的实验测量和数值计算的结果，而与另一些文献报道不同。此外，还对纵、横向湍流速度结构函数标度律的S－L模型进行了一些分析。     

湍流边界层分离的实验研究

边界层的分离以及由此而引起的失速、壅塞等现象是十分重要的问题。这不仅因为飞行器及各种流体机械常因失速、壅塞等造成大的困难和损失,也还因为往往正是在失速和壅塞等产生之前这些机械有最好的工作状态。所以清楚地掌握流动分离的机理,有效地预测和控制分离就是十分重要,十分有实用价值的课题。多年来,许多研究家为此作了巨大的努力,并且在理论上和应用上都取得了相当可观的进展。边界层控制在飞机上的成功应用就是一例。然而,今天仍不能说,对边界层的分离已经很清楚了,特别是湍流边界层的分离,许多研究还刚开始走向深入。由于湍流本身的非定常、三维和随机的困难性、湍流边界层的分离就更具有它的无论理论上还是实验上都难以处理的特殊困难。     

湍流减阻新概念的实验探索

本文对当今湍流表面摩擦减阻新概念进行了初步的风洞实验探索。将垂直于流动方向的小尺寸肋条按一定的间隔距离固定在平板上,利用自制的悬挂式天平测量了不同风速时的阻力,获得了约１０．２％的减阻效果。实验中分别考察了肋条参数对减阻的影响,使用Ｘ型热线风速仪研究了雷诺应力的型态。从湍流边界层涡结构的观点出发,提出了边界层底部“微型空气轴承（ＭＡＢＳ）”减阻新概念以及涡结构干扰对减阻的影响,并认为平均速度型态的     

高亚声速喷流近场的流-声关联

针对马赫数为0.9的圆口喷流,采用大涡模拟计算流场与声场,在与直接数值模拟(DNS)和实验数据比对验证的基础上,分析了中心线和剪切层湍流脉动信号与声信号的相关性,并进一步对中心线上温度信号进行相关性研究。结果表明:相关系数在中心线上势流核末端附近出现峰值,说明该处的湍流脉动信号对声压信号有重要贡献,而这一区域的流动的间歇性与对流速度均较高。同时,声压与中心线上的温度脉动和温度梯度径向分量的脉动也有较高相关性,但与温度梯度轴向分量的脉动相关性较低,表明在模拟的温度比下轴向温度梯度对近场声压贡献较小。     

高湍流度畸变流场的模拟

应用“双板结构”模拟板成功地模拟了高湍流度畸变流场。模拟结果表明:板间距离增加将使板后流场平均总压恢复系数下降;第二块板有改变稳态畸变值和调整畸变图谱的作用。由此得到“双板结构”模拟板模拟高湍流度畸变流场的设计原则:第~块板应以宽板为主,以产生高湍流度畸变流场;第二块板起调整图谱,改变畸变值的作用。实验还表明“双板结构”模拟板畸变特性随Ma数的变化与“单板结构”明显不同。     

较低湍流度范围湍流度对风洞实验结果的影响

变湍流变试验结果表明，湍流度对诸如洞壁边界层、平板边界层，各类翼型边界层和尾流的时均特性，湍流特性，转捩情况以及对翼型和旋成体压力分布等气动特性有显著影响。这种影响有一定规律，量值较大，不能忽视。     

高超音速湍流底部热的实验研究

本文综合飞行数据和激波风洞中的实验结果,给出了一个计算湍流底部热的工程方法。该方法考虑了来流、锥角和钝度对底部热的影响。由悬挂和侧支杆模型底部热流结果的比较可以看出,在目前条件下,菱形侧支杆对底部热的影响可以略而不计。     

流线正交坐标下湍流分离再附流的实验研究

本文采用二维激光多普勒测速仪测量了二维非对称曲壁扩压器内的湍流分离再附流动。湍流边界层在强逆压梯度下于曲壁上分离,而后于后续的平直通道上再附。扩压器进口处的雷诺数为1.2×10~5,速度为25.2米/秒。在新定义的局部斜流线坐标下,给出了实验结果,并做了分析。实验结果表明:在瞬时分离点后的近壁反流中,雷诺剪应力为负值。采用最大雷诺剪应力为尺度,从分离至再附的流动过程,存在着雷诺剪应力的相似分布,同时Schofield-Perry速度分布在正向流动区成立。由雷诺剪应力相似分布及Schofield-Perry速度分布可假设一新的涡粘性湍流模型,其长度尺度来源于Schofield-Perry速度分布,其速度尺度由最大雷诺剪应力、自由流速度和Schofield-Perry速度尺度形成。     

壁湍流标度律的实验研究

对风洞中零压力梯度平板湍流边界层进行了实验研究，用热线风速仪测量了不同法向位置的脉动速度，研究了平板湍流边界层不同法向位置速度结构函数的标度律。