升力体缝隙模型红外测热试验及分析

针对升力体缝隙模型在中国空气动力研究与发展中心的Φ0.3 m高超声速低密度风洞中开展了红外测热试验,试验马赫数12、总温668 K、总压4.731 MPa、攻角0°和35°,获取了模型的红外热图结果,并开展了相应的数值仿真分析。在此基础上,研究了选取不同帧次的红外热图进行数据处理对热流密度结果的影响,分析了缝隙干扰引起的热流密度增量。结果表明:投放后模型抖动对数据处理存在明显影响,建议在数据处理中采用模型投放稳定后(约1.2 s)的红外热图结果;“T”字型缝干扰区的热流密度增量需要引起重视,攻角35°情况下的峰值热流密度能达到无缝隙时热流密度的8倍以上;红外测热试验数据与CFD数据吻合较好,两者仅在很小的峰值干扰区域存在差异。下一步需要在CFD建模倒角处理、红外方案优化等方面开展工作。

双光程纹影在高超声速流场显示中的应用

为了解决单光程纹影系统在高马赫数、低静压流场显示中灵敏度低的问题,研制了国内首套最大口径为Φ900 mm的双光程纹影系统。与单光程纹影系统相比,双光程纹影系统具有更高的灵敏度,能提供更多的流场细节,能拓宽纹影技术的应用范围。通过用LED四色光源代替常规的彩色刀口、增加补偿透镜、优化照相物镜和精细调节LED四色光源,较好地消除了试验流场重影。通过增加入射光阑,有效减弱了试验流场中出现的光源光斑。对单光程纹影流场图与双光程纹影流场图进行了比较。在马赫数Ma=10、试验总压为2.0MPa、试验总温为1100K、攻角为0°~15°试验条件下,通过双光程纹影系统,获得了大钝头模型清晰的试验流场图像。最后分析了双光程纹影技术的优缺点及改进方向。

红外成像在羽流撞击平板热效应试验中的应用

为了研究发动机羽流撞击平板的热效应,通过在风洞内建立羽流流场,利用红外热像仪测量平板模型的表面温度,进而获得不同推力产生的羽流撞击平板的热流率分布。首先回顾了高空羽流污染及其效应研究所开展的工作,接着介绍了试验研究所使用的高超声速低密度风洞、红外热像仪等主要仪器设备的性能参数以及平板模型的外形特征,其次给出了2 N与10 N推力的试验条件、热流处理方法、试验结果及其讨论,最后研究了推力喷管轴线与平板距离变化对羽流撞击平板的热效应影响。结果表明:发动机喷管轴线与平板的距离不同,羽流撞击产生的高热流率区域的位置与大小也不相同,距离越小,高热流区域越靠近平板前缘,产生的热效应也越强。

风洞气动热试验外推关联参数初步研究

介绍了Φ0.3m高超声速低密度风洞与Φ2m激波风洞的试验设备、测试仪器、试验模型和气动热推导方法。在马赫数M=10的试验条件下,通过流态划分参数、粘性干扰系数、总焓与壁面焓差、激波前后的密度比、壁面温度等关联参数,对高超声速带翼飞行器迎风中心线热流外推到实际飞行的方法进行了探讨。

激光散射技术在高超声速激波与边界层干扰试验中的应用

加强高超声速激波/边界层干扰研究是飞行器研制中一个非常重要的问题。通过解决高超声速试验流场激光散射光信号微弱的问题、流场示踪粒子与试验主气流均匀混合等问题,成功地将基于纳米粒子的平面激光散射技术运用于高超声速激波/边界层干扰研究。作为引导性试验,在高超声速低密度风洞中,在马赫数为5Ma、前室总压为1.0×105Pa的试验条件下,对压缩拐角模型与钝锥模型进行了试验,获得了这两种模型绕流流场图像。随后,在前述试验条件下,对高超声速斜激波与平板边界层相互作用引起的边界层转捩流场结构进行了研究,获得了转捩位置、滑移线及湍流演变过程,表明基于纳米粒子的平面激光散射技术在高超声速边界层流场结构研究方面具有较好的应用前景。此外,还开展了马赫数为10Ma的试验研究,分析了存在的问题与下一步解决措施。

利用红外热图开展通用航空飞行器气动热特性试验

为了对通用航空飞行器(CAV)从近连续流到稀薄过渡流气动热特性进行研究,用红外热图技术在地面试验中测量了在典型轨道参数状态下CAV表面的热流分布。首先介绍了气动热试验研究所用的高超声速低密度风洞、红外热像仪等主要仪器设备的性能参数以及高超声速通用航空飞行器模型。其次介绍了高超声速低密度风洞气动热试验采用的3种模拟准则即粘性干扰参数、总焓与壁面焓差参数和克努曾数。最后,在马赫数M∞=7、12,攻角α=0°、12°、24°试验条件下,获得了CAV模型迎风面、背风面、侧面典型的流场结构图、红外热图和热流分布,并对CAV模型在不同状态下迎风中心线与翼前缘热流的试验结果、迎风中心线试验结果与工程计算结果进行了比较。研究表明:翼边缘热流大小呈现"马鞍形"分布,攻角变化对气动加热影响比较明显。

红外热图在高超声速低密度风洞测热试验中的应用概述

围绕大极角情况下模型表面温度的测量、红外热图测热精度的提高、模型物面坐标与红外热图像素位置对应关系等问题,对近年来在高超声速偌氏密度风洞开展的红外热图测热工作进行了总结,给出了一些实用、简单、经济的方法。为验证上述技术,在高超声速低密度风洞开展了用红外热图技术与热电偶同时测量一平板带劈薄壁模型表面的气动加热率分布以及半球圆柱模型红外测热数据与DMSC计算结果的比较。不同手段获得的数据与红外测热数据相互验证的结果表明:这些技术的解决,有利于红外热图技术向工程化实用化迈进。