高焓流动重要基础问题研究进展

本文报道了我们在爆轰驱动高焓激波风洞中开展的测试工作的进展.试验气流有两种典型的状态.分别对应流动速度5km/s与4km/s.这里主要说明在气动热、气动力、红外辐射、电离特性、化学组分等物理量测量方法上,我们所做的努力以及所得到部分典型的结果.     

热化学非平衡流动红外辐射计算分析

首先通过求解热化学非平衡N-S方程的数值模拟方法,获得高焓风洞钝锥体模型的绕流及近尾的高温流场参数.然后从辐射传输方程出发,采用带辐射模型,并利用所获得的流场参数,计算分析了高温流场在λ=3μm-6μm红外波段的辐射,计算和测量结果具有较好的一致性.该项研究为今后进一步研究高温非平衡气体辐射特性奠定了基础.     

高焓超声速载气的产生

为确保氢和氧稳定、完全地燃烧，采用临界喷管控制氢氧的质量流率，以及同轴环向的预混方向。实验结果表明：改变氢氧质量流率或尾喷管临界截面积可调节燃气总压，建成结构简单且造价低廉的高焓水蒸汽发生器。     

用于高温测量的红外热成像技术

用于高焓风洞实验中模型表面温度测量的CCD红外热成像系统 ,测温范围 1 0 0 0～ 350 0K。笔者介绍系统原理和标定过程 ,并给出了初步风洞实验结果。通过与红外高温计测量结果的比较分析 ,验证了该系统的可靠性和实用性。系统的研制成功为地面防热 /热结构实验中模型表面温度测量提供了先进的手段。     

脉冲风洞中新型自由天平探索

为解决常规天平在高焓高超声速脉冲风洞中测得信号无法识别、无法提取的问题,提出了一种全新的自由型天平,并设计了两种不同方案(分自由度自由型三分力天平和整体自由型三分力天平)。实验表明这种加速度测力是可行的,并能很好地解决传统天平遇到的问题。     

超高速高焓流动研究进展

本文介绍了中国科学院高温气体动力学重点实验室在超高速高焓流动模拟技术和试验方法方面取得的研究进展.文章主要包括三部分研究内容:第一部分是关于发展先进的超高速试验模拟技术,包括爆轰驱动高焓激波风洞和爆轰驱动高焓膨胀管.高焓激波风洞产生的超高速气流速度的范围是3.5km/s～6.0km/s,高焓膨胀管能够模拟速度为6.5km/s～10km/s的超高速气流.第二部分介绍高焓激波风洞喷管流场诊断结果,用来检验喷管产生的超高速流场的流场品质及其与飞行条件的差异.第三部分是关于超高速流动的试验方法和数值技术研究,包括高焓流动中真实气体效应对飞行器俯仰力矩变化的影响;热化学反应流动中表面催化效应诱导的气动热变化规律;喷管流场的气流非平衡效应对试验结果可能产生的影响.     

高温真实气体效应中催化效应对气动热影响的实验探索

主要介绍了在氢氧爆轰驱动高焓激波风洞中进行真实气体效应中催化效应对气动热影响的实验研究。首先从测试工作的角度,论述了测热模型、测热传感器及风洞改进等关键技术问题及其解决方法。其次描述了在氢氧爆轰驱动高焓激波风洞中,首次开展气动热风洞试验的过程及其初步结果。结果表明:热流数据随测点位置和迎角的改变呈有规律的变化;在同样条件下,完全催化表面比完全非催化表面热流数值有明显增加的趋向。     

高焓加热实验壁面催化效应分析

高焓地面加热实验中存在显著的壁面催化复合现象。热防护材料催化性能较低时,如果进行状态标定时不考虑壁面催化效应,将导致地面加热考核实验欠考核。基于平板加热实验,通过结构传热分析与地面实验数据对比,发展了高焓加热实验壁面催化效应分析方法。该方法可以评估加热实验状态典型热防护材料催化效应,从而为地面实验方案改进和完善提供技术支撑。通过分析发现,对于某热防护材料,催化效应使得真实受热仅为标定热流的85%左右,在采用铜制塞式热流传感器进行热流标定时,需要考虑催化效应加严考核条件,才能保证有效考核。     

自由活塞高焓脉冲风洞发展历程及试验能力综述

自由活塞高焓脉冲风洞是研究高温气体效应主要的地面模拟设备之一,具备模拟超高速流动的能力,主要分为自由活塞驱动的高焓激波风洞和高焓膨胀管风洞。经过数十年的发展,自由活塞高焓脉冲风洞不仅能够用于研究飞行器在超高速自由来流条件下的复杂气动热力学和气动光学等问题,还能开展自由飞、超燃冲压发动机和电磁辐射等技术的研究。综述其发展历程,重点介绍理论基础研究阶段、早期探索阶段和实用化发展阶段等3个阶段的研究历程和主要结论,以期为大型自由活塞高焓脉冲风洞及其试验能力的发展和应用提供借鉴和参考。     

高超声速电离绕流中电子密度的静电探针测量方法研究

高焓激波风洞是开展高超声速电离绕流研究的重要地面模拟设备。在中科院力学所JF-10高焓风洞上通过新的破膜技术获得了稳定运行的试验状态,利用施加高频扫描电压的静电探针来探索模型边界层内的电子密度测量方法研究。为解决高频扫描时线路由于RC特性所带来的噪音干扰问题,针对测试环境发展了新的探针电路。结果表明：新型探针电路大大降低了线路干扰噪音,能够有效测量模型边界层内的电子密度分布规律。