七孔探针及其在叶栅二次流动测量中的应用

详细阐述了新研制的七孔探针(SHP)及其校准方法,利用亚声速风洞及自行设计的数据处理程序,获得了理想的各类无量纲参数的校准结果.依据校准结果,该七孔探针可以测量气流角与轴线偏离65°左右的复杂二次流动和旋涡流动.误差分析结果表明,校准实验能够保证气流速度和气流角的测量误差分别小于2.04%和1.99°.针对高负荷压气机平面叶栅出口截面气流角变化较大的复杂二次流动,利用该七孔探针能够得到比较准确可信的流场信息,为二次流模型的建立提供基础性的数据支持.      

速度梯度、近壁效应和Re数对压力探针测量误差的影响

通过模拟实验研究, 分析了速度梯度、近壁效应和Re数对几种叶轮机流场测量用压力探针测量误差的影响。实验结果表明, 横向梯度能引起偏转角测量误差;纵向梯度能引起俯仰角测量误差;梯度使气流方向测量值向负梯度方向偏转。圆柱探针和锥形多孔探针相比, 气流方向测量误差对速度梯度更敏感, 纵向梯度对俯仰角测量值的影响尤其大。速度梯度一般使静压测量值偏小, 使总压测量值偏高。纵向速度梯度对圆柱探针的静压测量值的影响规律例外, 正速度梯度引起大的静压正误差, 负速度梯度引起大的静压负误差。圆柱探针比锥形多孔探针近壁效应严重。近壁引起测出的气流方向偏离壁面。近壁一般使静压测量值偏小, 但圆柱探针头部近叶轮机机匣时静压值反而偏高。近壁对总压测量影响不大。速度梯度和近壁对测量误差的影响还与来流方向有关。低Re数使静压测量值偏大, 几何形状不同的探针Re数的影响范围不同。      

不同透气情况降落伞的流场试验研究

降落伞由于其柔软透气性,其流场测量非常困难,而流场特性直接关系到降落伞的气动性能.本文采用风洞设备,利用七孔探针对不同透气情况下的降落伞的绕流流场进行了试验测量.采用Labview和Matlab engine混合编程技术进行七孔探针的压力数据采集和实时数据处理,获得了不同透气情况下伞衣周围的速度及压力分布情况,并对其进行了详细的流场分析.通过对不同透气伞流场的比较,可知透气情况对伞衣前后静压大小、尾流流线汇集位置、稳定性及噪音均有一定的影响.本文的研究解决了绕伞衣流场定量测量的难题,同时为降落伞的气动性能分析提供了一个很好的技术方案.     

舰船飞行甲板真实流场特性试验研究

 介绍了某驱逐舰在实际航行时,舰尾飞行甲板进行流场实测的结果。给出了飞行甲板直升机起降区流场的速度矢量图,为制定直升机安全起降风限图及流场理论计算的验证提供了依据。试验结果表明,用自行开发的适于外场测量的七孔探针测试系统,可同时测量空间多点的三维流场速度和方向。     

速度梯度对圆柱探针测量的影响及修正

圆柱探针在测量有横向速度梯度的流场时,会得出偏离真实值的结果.通过数值与实验研究,发现此影响主要为对来流方向的测量偏差,与真实值的差异为向低速区的一个偏差角;另外一个影响是使测得的速度值偏大一点.通过详细的数值模拟得出了偏差角及速度大小与来流速度梯度之间的关系,并在实验中得到了验证.最后将此修正方法用于叶栅实验测量数据,得到了较好的修正效果.      

多孔探针系统误差分析

以不可压流场的Bernoulli方程和势流理论为出发点详细推导了多孔探针的基本测量原理并获得了相应的数学模型,从而将具有不同头部（如球体、圆锥体）、不同孔数（如3、5、7乃至18孔）的各种类型多孔探针纳入到相同的数学模型之下,为系统分析各类探针提供了条件。通过分析推导过程,得出了多孔探针测量数学模型成立的4个基本约束条件。在实际测量过程中若偏离这4个基本条件必然会在测量结果中引入系统误差。将由此引入的系统误差分别归纳为：数学模型误差、制造误差以及使用误差,并逐个进行了详细的分析。同时,还以较为常用的七孔探针为例,采用计算流体力学软件对以上3种情况造成的误差进行了定量计算。根据以上分析和计算结果,为实际应用中选择合适类型的探针、确定使用条件、评估测量系统误差给出了详细的建议。     

某型反潜直升机腹部流场飞行测量研究

 为了保证某型反潜直升机的投雷安全,需要了解直升机腹部的流场在各个方向上的特性。在对几种典型的流场测量技术和方法进行比较之后,利用七孔探针测量系统在复杂流场环境下的测量优势,对直升机的腹部流场进行测量,得到了腹部弹舱以下3个不同高度的测点、在不同飞行状态下的速度矢量。通过对测量所得数据的分析,得到了机腹流场的基本变化规律,以及其对该型直升机投雷的影响。结果表明：直升机的腹部流场不会影响到投雷安全。同时结合对流场产生及变化的理论分析,也验证了实验的可靠性。     

旋涡与垂尾相互作用的实验研究

采用七孔探针对一种边条翼双垂尾布局的飞机模型进行了空间压力场和速度场的测量。通过对于不同垂尾布局下旋涡与垂尾相互作用的流场特性的分析和比较,探讨了垂尾安装位置对飞机气动特性影响的机理     

速度梯度和近壁效应对压力探针测量误差的影响

通过模拟实验 ,分析了速度梯度和近壁效应对圆锥四孔压力探针测量误差的影响 ,通过量纲分析 ,导出速度梯度系数这一相似参数 ,用于研究梯度引起的测量误差。实验结果表明 ,横向、纵向梯度分别引起偏转角、俯仰角测量误差 ,梯度使气流方向测量值向负梯度方向偏转。速度梯度一般使静压测量值偏小 ,使总压测量值偏高。近壁引起的气流角和静压测量误差方向及大小 ,不仅和探针与壁面的相对位置有关 ,还和来流方向有关。近壁效应对总压测量影响不大。当探针头部中心距离超过二倍探头直径时 ,近壁效应的影响可以忽略。研究了近壁和梯度的综合对探针测量的影响 ,表明两者的影响不是简单的线性叠加。     

射流-横向流相互干涉下旋涡的形成与衰减

射流-横向流干涉流场中存在三种不同的涡运动:附着涡,尾迹涡和剪切涡。本文利用荧光丝和七孔探针作为流场观测手段,研究了干涉流场中涡的形成机理及其相互干扰。此外,文中还分析讨论了影响流向涡的发展和衰减的主要因素。     

亚声速条件下总压探针临壁效应的数值研究

本文基于数值模拟的方法,研究了四种不同结构 (A型、B型、C型、D型)的总压探针在不同近壁距离条件下对流场及自身总压测量值造成的影响,并将数值模拟结果与文献实验结果对比。结果表明：相对近壁距离c/d越小,造成总压探针头部气流偏转角误差越大,总压探针的测量误差越大,总压损失系数最大值小于1%;当c/d>3,总压损失系数趋近于0,说明近壁距离大于3倍探针外径时临壁效应消失;在同一工况下,四种结构的总压探针测量值受到临壁效应的影响依次增大;被测流场流动均匀性减小,靠近总压探针支杆后方速度均匀度最小。     

Experimental investigation of flow field in a laboratory-scale compressor

The inner flow environment of turbomachinery presents strong three-dimensional, rota-tional, and unsteady characteristics. Consequently, a deep understanding of these flow phenomena will be the prerequisite to establish a state-of-the-art design system of turbomachinery. Currently the development of more accurate turbulence models and CFD tools is in urgent need for a high-quality database for validation, especially the advanced CFD tools, such as large eddy simu-lation (LES). Under this circumstance, this paper presents a detailed experimental investigation on the 3D unsteady flow field inside a laboratory-scale isolated-rotor with multiple advanced measure-ment techniques, including traditional aerodynamic probes, hotwire probes, unsteady endwall static pressure measurement, and stereo particle image velocimetry (SPIV). The inlet boundary layer pro-file is measured with both hotwire probe and aerodynamic probe. The steady and unsteady flow fields at the outlet of the rotor are measured with a mini five-hole probe and a single-slanted hotwire probe. The instantaneous flow field in the rotor tip region inside the passage is captured with SPIV, and then a statistical analysis of the spatial distribution of the instantaneous tip leakage vortex/flow is performed to understand its dynamic characteristics. Besides these, the uncertainty analysis of each measurement technique is described. This database is quite sufficient to validate the advanced numerical simulation with LES. The identification process of the tip leakage vortex core in the instantaneous frames obtained from SPIV is performed deliberately. It is concluded that the ensemble-averaged flow field could not represent the tip leakage vortex strength and the trajectory trace. The development of the tip leakage vortex could be clearly cataloged into three phases according to their statistical spatial distribution. The streamwise velocity loss induced by the tipleakage flow increases until the splitting process is weak and the turbulent mixing phase is dominant.     

平面扩压叶栅流场犘犐犞与三孔尾迹探针对比测试研究

针对PIV技术在暂冲式高亚声速平面叶栅流场中遇到的示踪粒子投放问题,通过采用高压雾化式粒子发生器以及安装在稳定段前的撒播器,有效地使示踪粒子均匀地与主流混合,并成功开展了某扩压平面叶栅叶片槽道及出口尾迹可视化测量,获得了零迎角、进口马赫数0．2～0．8状态下的二维速度矢量场。为了验证PIV在叶栅流场测试结果的可靠性,在相同工况下,将PIV测量结果分别与数值计算结果和三孔尾迹探针测量结果进行了对比分析。结果表明：采用PIV技术测得的叶栅中截面二维速度矢量场合理地反映了叶片槽道及尾迹的流动结构,与数值模拟结果较为接近;PIV与三孔楔形尾迹探针在叶栅出口尾迹的测量所获得的气流速度和主流区的出口气流角重合性较好;尾迹分离区的出口气流角重合性略差,主要原因是尾迹区气流角超出了探针校准范围,这也说明了PIV测试技术优势。本文提出的PIV测量技术也可用于连续式叶栅风洞中。     

单屏温度传感器内部流场数值模拟研究

单屏温度传感器普遍应用于航空航天领域中的气流温度测量,本文对单屏温度传感器的内部流场进行了数值模拟研究,获得了单屏温度传感器内部的速度分布、温度分布以及压力分布等参数,为该型传感器的结构设计和使用提供了理论支持。     

楔顶双孔探针测量跨声多级压气机转子出口三维动态流场的方法

发展了1种楔顶圆柱双孔高频压力探针测量三维动态流场的方法,并应用于某跨声速多级轴流压气机转子出口流场测量.该探针测量方法基于4孔针测量原理,通过旋转探针在3个角度测量的方法实现,并采用最小二乘拟合方法对探针气动校准数据进行处理,对拟合误差进行优化,得到最佳拟合阶次,进而获得精度较高的求解流场参数的近似函数.相比国内外同类探针,该楔顶圆柱双孔高频压力探针尺寸小、频响快、测量范围宽、测量精度高.借助高速锁相数据采集技术,利用该探针测量了某跨声速多级压气机转子出口三维动态流场,测量结果反映了该转子流动特征,提供了转子出口气流偏转角、俯仰角、总压、马赫数分布,并为优化压气机级间匹配指明了方向,为压气机流场诊断提供了一套行之有效的测量手段,验证了该高频压力探针测量技术的工程应用价值.      

降落伞充气过程中伞衣外形及流场变化研究

根据降落伞的结构和其在充气过程中的受力特性,以某平面圆形伞为原型,建立了伞衣充气过程中的计算流体力学与结构动力学耦合模型。并采用七孔探针对充满状态的绕流流场进行了定量测量,将该状态的试验结果和计算结果进行对比分析,二者的拓扑结构非常相似,压差系数也相差不大,因此所采用的数学模型是可靠的。在此基础上,对整个充气阶段的流场进行了数值模拟和分析,以详细了解降落伞整个开伞过程中伞衣外形变化及伞衣内外流场的变化情况。研究结果表明:①在初始充气阶段,伞衣展开部分外形基本保持较光滑的直筒形状,而非喇叭形。在主充气阶段:空气首先在伞衣顶部聚集,使伞衣顶部膨胀,然后膨胀部分向伞衣底边扩展,直到伞衣完全张满。②当伞顶孔被气流冲开后,伞衣的结构透气性对流场会产生显著影响。但从内外压力系数的变化来看,透气性对伞衣内滞止压力的影响较小,对伞衣外流场结构的影响较大,从而对伞衣外表面的压力影响较大。③对于此类有伞顶孔的平面圆形伞,当伞衣充气张开后,伞衣尾部出现气流分离,在一个漩涡区内形成两个相反旋转方向的漩涡。且随着伞衣直径扩张,分离区扩大,主流对漩涡区的剪切面积增大,因此漩涡区两个漩涡中外侧的一个漩涡增大,内侧漩涡被挤压至离伞顶更近的区...