立式风洞设计关键技术探索与实验研究

试验段气流速度快速调节、试验段碟形流场分布、风洞振动与试验段气流脉动的抑制是立式风洞研制的关键技术.本文简介了对这些技术的探索与设计思路,并通过分析φ0.33m立式风洞中进行的一系列性能研究试验结果,得出了相关结论.     

连续式跨超声速风洞热交换器设计技术初步研究

以0.6m连续式跨超声速风洞为应用背景,通过工程计算得出椭圆翅片管式热交换器的初步结构,并利用数值模拟手段详细研究了结构参数、管束材料以及流动条件对热交换器性能的影响。结果显示:换热管束的排列方式和尺寸对热交换器性能影响很大;选用高导热率的材料制作翅片,会在基本不改变压损性能的情况下大幅提高热交换器的换热系数。建立了一组方便简洁的理论公式计算热交换器出口气流温度分布,且理论计算和数值模拟结果符合良好。发现通过合理布置冷却水的流动路线,可以使热交换器出口气流具有较好的温度均匀性。     

压力恢复系统扩压器激波串现象的数值模拟

通过求解由S-A一方程湍流模式封闭的三维雷诺平均Navier-Stokes方程,采用有限体积方法对激光器压力恢复系统变截面扩压器常温状态下的三维流场进行了数值模拟.数值计算和实验符合良好,较好模拟了扩压器中由激波/边界层干扰诱导的复杂流场的流场特性并再现了流场中的"激波串"和"伪激波"现象.本文对激波串的形成机理进行了分析,发现了几种变截面扩压器特有的激波串结构,并研究了扩压器扩张角对扩压效率的影响.     

连续式跨声速风洞设计关键技术

为研制先进飞行器,除了提高现有风洞试验测量精度和改进试验技术外,必须建立高性能连续式跨声速风洞试验设备,解决飞行器高速风洞试验模拟能力和精细化模拟问题.以试验段尺寸0.6m×0.6m连续式跨声速风洞设计为例,给出了风洞总体设计方案,分析了如何降低风洞气流脉动、如何改善风洞流场品质、提高风洞运转效率和拓展风洞试验能力等关键技术途径.该风洞作为大型连续式跨声速风洞的引导风洞,方案设计主要采用了高压比压缩机驱动系统、半柔壁喷管、低噪声试验段、高性能换热器和三段调节片加可调中心体式二喉道等新型技术.     

引射器增强混合喷嘴性能实验研究

在气动中心一套引射系统实验装置上采用两种增强混合喷嘴(后缘开缝喷嘴及花瓣状喷嘴)进行了等面积多喷嘴引射器性能实验研究.其目的是探索喷嘴增强混合措施在较高增压比引射器系统中的应用性能.实验方法为在同一引射器、相同引射参数下更换不同的引射喷嘴进行引射性能参数测试,并与常规圆锥喷嘴试验结果作对比分析.实验结果表明:增强混合喷嘴都比常规圆锥喷嘴具有更好的引射综合性能,混合室出口截面总压分布也更均匀;后缘开六缝喷嘴的综合引射性能最好.这些结果说明在增压比较高的引射器系统中采用多喷嘴引射增混措施的基础上,喷嘴增强混合措施仍然具有良好的应用前景.实验结果也表明喷嘴参数与引射参数间的优化匹配对引射性能也有影响.     

大型连续式高速风洞热交换器设计关键技术研究

随着大型连续式高速风洞运行功率和精细化测试要求的提高,对风洞热交换器性能提出了越来越高的要求,集中体现在换热压损性能、温度场均匀性和气流扰动特性3个方面。结合近年研究成果,对大型连续式高速风洞热交换器设计中的关键技术及研究成果进行了综述。分析了风洞热交换器的需求特点,总结了影响各种性能的主要因素。介绍了高效低压损设计技术、温度场均匀性控制技术和气流扰动控制技术,给出了热交换器换热效率和压力损失综合权衡的设计原则,阐述了换热芯体排列方式、冷却水流量及进水方式、热交换器段截面形状等对温度场均匀性的影响,以及来流条件和热交换器结构对气流扰动的特性。     

风洞板翅式热交换器气体流动特性试验

针对风洞板翅式热交换器,开展了其在风洞运行工况下气体流动特性的研究.对比了板翅式热交换器和椭圆翅片管热交换器的扰流和压损特性,利用试验研究了不同来流风速、不同上游扰流片角度等条件下热交换器下游湍流发展变化规律,开展了封条、模块拼接缝等特征结构对气流扰动的影响研究.研究结果表明:该型板翅式热交换器相比椭圆翅片管热交换器,...     

超声速喷管性能优化研究与应用

基于重启全局最优化方法和高斯过程（GP）模型,以模型区流场指标为优化目标,对超声速喷管型面进行优化设计。给出0.6m连续式跨声速风洞流场测试结果,提出优化问题并验证了CFD计算的有效性。利用拥挤距离来控制重启局部优化算法的位置,实现更高效的重启全局最优化算法;利用高斯过程模型对喷管设计参数与模型区流场性能指标的关系进行建模,构造替代数学模型来执行优化搜索,以减少实际的CFD评估次数。结果表明:该方法能以较小的代价实现对喷管性能的优化,模型区马赫数方均根偏差由0.012降到0.001,马赫数梯度由0.049降到0。      

跨声速风洞第二喉道性能计算

采用数值方法对跨声速风洞第二喉道性能进行了研究.首先根据第二喉道的一般设计准则,对第二喉道进行了气动设计,然后通过数值模拟对使用调节片和中心体调节第二喉道面积从而对试验段马赫数精确控制的效果进行了研究,结果表明其马赫数控制精度可以达到0.001;最后通过数值模拟对第二喉道气动设计进行了比对校核,并优选出最终设计方案.      

跨声速流场扰动模态与湍流度精细测量

开展了跨声速风洞可压流场扰动模态与湍流度精细测量研究,以满足高速飞行器的低湍流试验需求。基于变热线过热比测量方法,在理论上推导了跨声速流场扰动的一般模态和3种特殊模态特征方程（涡模态、熵模态和声模态）,以及扰动模态对应的特征曲线,以此为基础,通过试验获得了流场一般模态、涡模态、声模态扰动图和较高精度的湍流度值,通过扰动图频域分析了马赫数1.50的流场声模态扰动机理,建立了一种跨声速可压流场扰动模态分析与低湍流度测量方法。在新型连续式跨声速风洞完成马赫数0.20～1.50流场测量试验,测得湍流度为0.037%～0.197%,数据非线性拟合优度为0.943～0.995,蒙特卡洛模拟不确定度为0.000 2%～0.004 1%。研究结果证明了所建立的可压流场扰动模态与低湍流度测量方法的有效性,对高性能跨声速风洞的流场评估、优化和飞行器低湍流试验有实际意义。