圆锥激波与平板边界层干扰的数值模拟研究

为进一步研究参数变化以及三维效应对圆锥激波/平板边界层之间相互干扰的影响,使用两方程Menter-SST模型,针对来流马赫数为2时的三维圆锥激波与平板边界层的相互干扰现象进行了数值模拟与定性、定量分析。分别研究了圆锥激波发生器半锥角和来流单位雷诺数变化对干扰区流动的影响,总结了参数变化引起的流动分离变化规律;此外,还计算了与三维计算的中心对称面上的入射激波等效的二维情形,并将三维结果与二维情形进行对比,对比结果显示中心对称面上的壁面压力系数、分离涡尺寸、涡量分布等与相应的二维情形存在明显差异。     

基于气体放电的高超声速激波结构显示技术

基于气体放电辐射强度与气体密度的相关性,在高超声速脉冲风洞FD-20中搭建了气体放电流场显示系统,并分别以平板模型、平板-方块模型和简化进气道模型为试验模型,在来流马赫数Ma=12.16、来流静压p≈106Pa的流场条件下开展气体放电流场显示技术研究。在平板实验中,气体放电方法较准确地观测到了电极之间的平板前缘激波结构,与纹影技术测得激波角相差仅为0.21°。在平板-方块实验中,气体放电方法观测到了2个截面（对称面和远离对称面截面）的激波结构,对称面波系结构与纹影和数值计算所得结果基本一致,远离对称面截面的波系结构与数值计算结果基本一致。在简化进气道实验中,气体放电方法观测到了内流道激波交叉形成的菱形结构,且尺寸与数值计算结果相差较小,约为7.9%。这些实验结果表明,在高超声速脉冲风洞中,采用气体放电方法可以获得清晰准确的激波结构,不仅可进行分截面激波结构观测,还可对被模型遮挡的内部区域激波结构进行显示,而且特别适合用于局部复杂流动波系结构的观测。     

烧蚀端头锥模型激波风洞试验研究

介绍了在激波风洞中用压电天平进行1m量级烧蚀端头大模型五分量气动力试验研究情况。试验目的是测量出烧蚀端头模型的Cm0和Cn0,以期为端头烧蚀模型的Cm0和Cn0换算到全尺寸飞行器下提供试验依据。针对设计部门关心的Cm0和Cn0测量,在天平设计上采取了粗短主体结构另配支杆的方式;在风洞试验中采用正负攻角等较为有效的方法。风洞试验主要结果如下:烧蚀变形对锥模型轴向力影响较大,对其余的气动力分量影响值较小。在0°攻角下Cm0为10-4量级,Cn0为10-3量级,配平攻角约为0.028°。由此表明:激波风洞压电天平能够测量该烧蚀端头模型的小Cm0和Cn0。     

超声速流中激波/湍流附面层干扰数值模拟

采用修正的B／L湍流模型以及多块结构化网格求解了二维N-S方程。分别对超声速流和高超声速流中的激波／湍流附面层干扰进行了数值研究。本文首先研究了进口马赫数为2．96的超声速流。计算结果准确预测了入射斜激波在平直壁面引起湍流附面层分离的流动特征：分离点的反射激波、分离包引起的膨胀扇以及再附点的反射激波。计算的壁面压力分布与实验值吻合较好，计算的分离区长度与实验值比较有一定误差。本文还对进口马赫数为9．22的高超声速流中压缩角引起的激波／湍流附面层干扰进行了数值研究。计算结果与实验结果吻合较好。     

后掠与无后掠压缩角模型产生的激波/边界层干扰的非定常特性

介绍了10个压缩角模型在M数为2.011、2.504、3.015时产生的激波/边界层干扰的非定常特性的试验研究结果.压缩角模型的流向压缩角分别为15°、20°、24°,后掠角分别为0°、20°、40°、60°.实验结果表明(a)所有无后掠压缩角和大多数20°后掠压缩角产生柱形干扰,而大后掠压缩角则产生锥形干扰;降低来流M数或增大模型后掠角有利于从柱形干扰转变为锥形干扰.(b)间隙区内的压力脉动出现低频峰值,此峰值随着模型后掠角增大或流向压缩角减小而减小;然而随着来流M数增大,此峰值在柱形干扰区减小,而在锥形干扰区略增大.对于锥形干扰,无粘激波的平均激波强度是控制其干扰特性的主要因素.     

用双激波模型计算风扇/压气机非设计点的性能

根据现代高速风扇/压气机内激波波系的真实结构,将适用于预测高速叶型激波损失的双激波模型引入基于基元叶片特性的流线曲率法程序,发展了一种用于预估高速风扇/压气机非设计点性能的方法。该双激波模型考虑了来流马赫数和攻角变化,较真实地反映了高马赫数风扇/压气机的实际工作状况,扩展预测风扇/压气机非设计点性能的能力。利用该模型,本文分别对一台叶尖马赫数达到1.4的大涵道比风扇和一台叶尖马赫数高达1.5的三级风扇的非设计点性能进行了计算,计算结果与试验结果保持了较高的吻合性。     

爆炸波与超声速飞行物体相互作用研究

本文数值模拟了超声速飞行物体与爆炸波相遇后产生的两波干扰流动，采用了激波捕捉、有限差分法和LU-TVD格式。同得到的实验结果对比，计算结果反映出了两波作用后的复杂流动，并且可清楚地看到飞行体头部产生的弱接触面，与实验符合较好，同时进一步模拟了飞行体以-5°攻角飞行时与爆炸波相遇后的流动。     

验证灰尘气体中驻点热流率增大机理的方法

笔者介绍了一种验证灰尘气体中驻点热流率增大机理的方法。在灰尘负荷率相同 ,微粒速度相近条件下完成激波管 2e区实验气流分别为亚声速与超声速的实验。实验结果表明 ,含灰气流中驻点热流率增大只与灰粒速度有关。     

运动激波绕尖劈流动的研究

在激波管中进行双尖劈二维外形的激波绕流数值计算和实验研究。入射激波Ｍｓ＝１．８,用激光全息双爆光技术定量测定各瞬时的密度场。计算采用欧拉方程和有限体积法进行离散并采用高精度的ＴＶＤ差分格式。计算与实验两者之间的比较,表明本文采用的计算方法对于解决尖点的绕流十分奏效;根据计算所获得的运动激波波系,能够判断局部区域实验测量的密度场梯度方向,从而使密度场的定量测定获得更可靠的结果。     

粘性相互作用对高焓激波风洞实验段自由流静压测量影响的分析

通过理论分析、实验测量和数值模拟,研究高超声速粘性相互作用对实验段自由流静压测量的影响.研究表明:由于粘性相互作用,高焓激波风洞实验段平板静压测量值远高于实际自由流静压.在热化学非平衡流情况下,经典的粘性相互作用参数和经验公式具有局限性.     

无膜激波管的研制与调试

在比较和分析现有的无膜激波管之后，设计了以活塞控制驱动的无膜激波管，进行了理论分析、结构设计、工程估算等方面的工作，最后进行调试并给出了调试结果。     

大口径激波管中降低雷诺数的方法

提供了一种在大口径激波管中降低2区气流雷诺数的方法。采用该方法雷诺数可由通常的10~6～10~7量级降至工10~5量级。实验结果表明采用此方法后2区流场未受明显扰动。给出了驱动压比 P_41与主激波马赫数 M_S1间关系式并由实验加以验证。     

超声速压气机叶栅中激波、边界层相互作用的基本现象及被动式控制的研究

高级压比轴流压气机叶栅中激波、边界层相互作用会引起激波振荡并增加流动损失。本实验在超声速压气机叶栅风洞中研究激波、边界层相互作用现象并用激波、边界层相互作用的被动式控制方法寻求减弱激波振荡、减小流动损失的途径。被动式控制是用带有空腔的多孔表面部分地取代叶片吸力面的固体表面，并使该多孔表面恰好位于激波位置的下方。本文给出了有无被动控制时叶栅通道的纹影照相、高速照相、激波强度及叶栅损失，并对它们加以比较。结果表明，激波由无孔叶片时的单一波变成有孔叶片时的入波，激波强度变弱，激波振幅减小，叶栅等摘效率得以提高。     

运动激波和旋涡相互作用的实验观察

本文介绍了平面运动激波和单个旋涡二维相互作用的实验。实验在方截面激波管中进行,实验中拍摄了激波和旋涡相互作用全过程的纹影照片。实验结果发现,运动激波通过涡核时发生激烈变形并在波后流场中产生圆柱形声波。     

激波对管内壁堆积粉尘作用的实验研究

用水平激波管研究了激波对管内壁堆积粉尘的抛撒效应。试验粉尘为玉米粉(平均直径5μm),采用 YA-16高速摄影机观察了激波特性和粉尘云的发展。结果表明,在激波扫过堆积粉尘与粉尘被扬起存在一定时间滞后,粉尘云的高度也是有限的。     

用火工品产生中高量级冲击的试验技术研究

用可控的火工品爆炸源在冲击台上模拟冲击具有快捷、稳定、量级高的特点,是一种极有潜力的试验技术.通过研究多种连接和衰减形式下的冲击特性,确定了一种多板平台结构,并进行多次冲击性能测试来探索试验技术的可行性. 试验结果表明：试验的可重复性、台面的环境均匀性较好;冲击谱偏差和冲击的量级虽然可以接受,但控制起来有一定的难度.要使火工品为爆炸源产生中高量级冲击环境进行常规试验成为一种常规的试验技术,还需要进一步的研究和发展.     

反射及绕射冲击波的生物效应研究

采用生物激波管内放置挡板,探讨弱冲击波的反射及绕射作用对生物效应的影响。结果表明反射激波超压明显增强,约为入射激波超压的3 倍,并可引起动物肺和胃肠道损伤;绕射激波的一次激波超压明显降低,约为入射激波的1/3 ,二次激波与距挡板的距离有关,当距离为挡板高度的1/4 和2 倍时,超压低于入射激波,距离为挡板高度的1/2 和1 倍时,超压稍高于入射激波,提示该处激波有叠加现象,实验动物均未见明显内脏器官损伤。本研究结果对冲击伤防护具有一定的意义     

新型摆锤式冲击响应谱试验台的研制

摆锤式冲击响应谱试验台是爆炸冲击环境远区模拟的主要设备之一。现有摆锤式冲击台摆锤提升速度慢、负载小、响应加速度量级小,不能满足试验需求,需要研制大负载高量级的摆锤式冲击台。在新型冲击台的设计中提出了一种新的摆锤提升方法,实现了摆锤的快速提升和防二次冲击。经测试,新型冲击台各项指标均达到设计要求,其性能分析对后续冲击响应谱台的设计和试验调试有一定的指导作用。     

魔洞型单脉冲激波管

本文叙述了力学所激波管实验室建造的魔洞型单脉冲激波管的结构尺寸,气动特性及测量系统,使用证明这套单脉冲激波管装置是成功的。本文提出了关于魔洞作用机制的一个简单模型:对入射激波而言,魔洞的作用相当于低压室入口处有一膨胀段;对反射激波而言,魔洞的作用相当于一个有流动的分叉管。     

摆锤式冲击响应谱试验台的仿真研究

摆锤式冲击响应谱试验台是模拟爆炸冲击环境的一种较好手段,它能够模拟拐点频率在300Hz～2000Hz,峰值过载高达几千个g值的冲击谱型。根据该装置的结构和基本原理,本文应用有限元分析软件ANSYS,LS-DYNA等对其冲击响应谱产生过程进行了模拟,计算结果与试验数据吻合较好。此方法能够合理有效地模拟该装置的性能曲线,对摆锤式冲击试验台的设计具有指导意义。