利用光学层析技术重构超声速绕流流场密度分布

在连续式风洞中,采用单光路旋转流场干涉测量和计算机层析方法获得了含模型的超声速绕流流场密度分布。首先利用多种图像处理方法,并引入计算机辅助功能,对干涉图片进行精确判读和定量处理,准确重构波前相位信息;获得了相应的PV值、RMS值以及前15阶的Zernike多项式系数;通过同原始CFD模型波前数据的对比,系统的重构精度RMS优于λ/10。在获得一系列单帧干涉波前相位数据的基础上,采用光学层析技术,设计计算机迭代算法,构造内部旋转矩阵,重构了超声速绕流流场密度分布,可以非常直观地获得待测流场不同方向截面上的密度分布状况。

高超声速轴对称模型密度场的激光全息干涉测量

激光全息干涉技术在 2 0 0m自由飞弹道靶的初步应用中 ,对高速和高超声速的轴对称模型周围气流密度场定量测量进行了初步探索。给出了 M =2 .2的弹头和M =2 .45、Φ =2 0mm的球标模以及M =9.35的钝锥模型的全息干涉图和处理结果 ,同时与钝锥模型的理论数值计算结果进行了比较 ,首次在弹道靶上获得了流场密度的定量结果。

物理靶上自由飞流场全息干涉诊断

在马赫数为15的条件下,采用激光全息干涉技术在物理靶上拍摄到直径12mm的球标模自 由飞流场全息干涉图和阴影照片。通过干涉照片获得了流场中六个截面的密度分布曲线,同时从阴影照片上测量出弓形激波的归一化脱体距离为0.046。将实验照片与计算流场干涉图进行比较,二者的激波位置、条纹变化量及条纹连接基本一致。

基于环境激励的桥梁模态参数识别

介绍了获取桥梁模态参数的试验手段,阐述了环境激励的桥梁模态参数的识别方法,通过移动测量方法测试了基于环境激励的某桥梁,并采用自功率谱、互功率谱和相干函数分析,识别了桥梁振动的前3阶振动频率、阻尼比和振型。结果表明,试验得到的桥梁模态参数与设计参数基本相同,桥梁性能良好。

带凹窗斜劈高速湍流气动光学效应研究

采用数值方法分析研究了带凹窗斜劈高速湍流气动光学特性受窗口深度的影响。湍流数值模拟采用耦合J-B模型的RANS/LES混合方法即DES方法,依靠双时间步LU-SGS方法开展非定常迭代求解,并且利用物理光学方法和波前重构技术等计算气动光学效应,用于分析近场波前畸变和远场光斑分布情况。模拟结果表明,在窗口较浅时,窗口前缘处产生较强激波,带来更大的波前倾斜影响,而窗口较深时,分离剪切层、旋涡等流场结构导致气动光学效应的非定常特性更为显著;高速湍流导致的气动光学效应很强,在所模拟条件下,波前倾斜、均方根光程差、峰谷值以及Strehl比分别达到69μrad、0.22λ、1.2λ和0.31,其对应的跳动值38μrad、0.04λ、0.8λ和0.43。

基于ADAMS风洞柔壁喷管动力学仿真分析

基于刚柔耦合动力学理论,联合ADAMS和PATRAN/NASTRAN软件,对风洞柔壁喷管进行了动力学仿真,同时运用NASTRAN软件有限元分析了柔壁部件的非线性变形。比较两种计算结果发现,忽略柔壁变形的非线性,动力学仿真会存在较大误差。为此,采用分段线性化的方法,计入柔壁的非线性变形,改进柔壁喷管的动力学仿真模型。结果表明:改进后的动力学仿真准确度较高,可应用于柔壁喷管运动控制设计。最后,进一步分析了推杆驱动位移对柔壁结构强度的影响关系,为合理控制推杆驱动,确保柔壁无损伤提供必要的理论依据。

低速湍流模拟的预处理技术研究

本文开展低速湍流的预处理技术研究.该预处理技术采用守恒型变量及主控方程与湍流方程相耦合的隐式求解方法,并为确保迭代求解稳定性,发展了合理的参考马赫数定义、双时间步无矩阵方法迭代求解形式以及湍流源项隐式处理方法等,从而真正实现全速湍流软件平台统一形式.在喷管、翼型和方柱等低速湍流数值模拟中,本文方法正确刻画了流场结构特征,计算与理论、实验等相关结果符合较好,具有很强的迭代收敛性和结果精度.

基于多级等压混合的引射器参数匹配与优化

匹配和优化多级等压混合引射器的各项参数,得到理想的引射器增压比和引射效率,目的是提高多级等压混合引射器性能。通过数学分析和实验,研究了单级引射器参数变化对性能的影响,明确了多级等压混合引射器级数的确定原则,对影响单级引射器性能的参数在多级中进行了匹配和优化,表明引射马赫数、被引射气体温度、单级引射器引射系数和增压比匹配与优化后,能显著提升多级等压混合引射器性能。

高速流场对光传输特性的影响

利用一座小型跨超声速风洞进行了高速流场光传输特性试验研究。光束在高速流场中传输时,由于流场密度变化,光波波前会发生畸变。利用风洞提供0.7,2.0和3.0等气流马赫数的流场条件,采用基于夏克-哈特曼波前传感器的光学测量系统,对光束在风洞流场中传输时的波前畸变进行了测量。试验结果表明:随着风洞流场马赫数增加,流场对光波传播的影响增大,光波波前畸变量显著提高。因此,在利用风洞进行气动光学试验研究之前,有必要消除风洞流场本身对光波传输的严重干扰。

引射系统排气装置的数值模拟

为削弱引射系统尾气对光传输的影响,依据将尾气排放到光传输区域以外的设计思路,运用数值模拟的方法,对引射系统排气管道内的流场特性及尾气射流影响区域开展了研究。通过对直管道以及弯管道内流场特性的数值分析和比较,给出了一种排气管道的结构设计方式。在给定系统出口速度的情况下,运用多组分输运模型,分别对无自然风和有侧向自然风状态下的尾气影响范围进行了分析,初步确定了尾气射流排出系统后的影响区域,并依据尾气影响区域,对管道长度及布置方式进行了研究。

利用导流板降低流场对光传输影响的试验研究

在一座小型跨超声速风洞上采用夏克-哈特曼波前传感器进行了Ma=3试验段流场对光传输特性影响的试验研究。空风洞流场的测试结果表明,由于试验段壁面湍流边界层中气流脉动与流场密度变化的影响,光波前会发生畸变。为了降低湍流边界层流场对光传输的影响,在风洞试验段单侧壁板上安装导流板进行了试验。测试数据表明,光波前畸变量的PV均值和RMS均值分别由3.5λ和0.73λ降低到了1.09λ和0.22λ,而且光波前畸变量的波动幅度也大为降低。初步研究结果说明,采用加装导流板等措施可以显著降低风洞流场对光传输的影响,有利于提高风洞试验时流场显示与测量结果的可靠性和有效性。

高温燃气引射系统对接试验验证

引射系统是化学激光器排气系统的核心组件。为提高排气系统引射效率并适应小型化、经济性等要求,提出一种采用燃气发生器产生高温燃气的引射气源方案,建立了“基于航空发动机单喷嘴燃烧室结构的燃气发生器+两级超声速引射器”组合的引射系统试验平台,开展了燃气发生器独立热试车,并实现了与引射器的对接试验。结果表明:燃气发生器点火可靠,运行稳定;在高温燃气的引射作用下,引射器启动迅速,工作平稳,各项性能指标优于设计值;引射燃气温度一定范围内的变化基本不影响引射器工作性能。相关研究结果可为引射系统方案设计及选取提供参考。

空气/酒精单喷嘴燃气发生器试验研究

针对引射系统的安全性、经济性及小型化要求,提出了一种基于航空发动机燃烧室结构的双油路燃气发生器方案,并设计、加工了单喷嘴试验件,进行了多工况下的热试车。试验结果表明,燃气发生器设计方案可行,采用高能火花塞直接点火方式可实现燃气发生器可靠点火;燃气发生器点火迅速,主要工作参数基本满足设计指标;能在较宽的流量范围内稳定工作,余气系数下限达到3.9;燃气发生器燃烧效率较高,但随着余气系数的增加而明显降低。

引射式压力恢复系统的振动抑制技术

为了提高引射式压力恢复系统振动抑制性能,减小本系统振动对其他系统的影响,分析了系统的振动特性和振型,建立了系统振动力和主振型数学模型,利用时域信号取均方根方法测试了系统3个支座动态振动力,振动力沿气流方向逐渐减小。采用被动控制振动抑制技术,根据振动力设计制作了减振器,研究了橡胶块与金属弹簧并联再加配重以及橡胶块加配重2种减振器模型的减振效果。结果表明:橡胶块与金属弹簧并联、加配重45.2kg的减振器模型减振效果好,当控制点输入加速度为5 g时,减振效果最佳。激励强度大小、弹簧刚度和阻尼等参数的优化能够提高减振器的减振性能。

对流风作用下的强激光热晕效应数值模拟研究

采用数值方法分析研究强激光束在对流风作用下的热晕效应。湍流数值模拟采用雷诺平均及大涡模拟(RANS/LES)混合方法,即脱体涡方法,同时耦合J-B模型,而利用双时间步进行非定常问题迭代求解;光在流场和自由空间的传输计算采用波动光学方法,并根据远场光斑分布情况进行定性与定量分析。研究考察了0.1 MW功率0、.1 m口径的Gauss光束在1,5和10 m/s对流风作用下的热晕效应。结果表明,对流风作用下的热晕效应是非定常作用过程;对流风速度越低,激光热晕效应越强,其中1 m/s的热晕效应最强,其远场光斑畸变最严重;对流风速度越低,热晕效应非定常作用特性越明显,尤其1m/s的热晕效应在5 s观察时间内仍在发展变化,而5 m/s和10 m/s的热晕效应在3 s以后已趋于稳定。

计算流体成像技术重构方法及其应用

建立系统的计算流体成像(CFI)技术,并论证其为流动数值模拟与风洞实验相互佐证的重要手段。采用纯数值模拟技术重构得到流场计算阴影、纹影以及干涉图,主要技术包括复杂湍流模拟技术、三线性插值技术和流动图像重构技术等。同时将CFI技术应用于激波管内绕障碍物三维复杂流动计算图像重构,并与双向全息实验结果进行了比较分析。研究证明该CFI技术可以用于复杂几何边界、分区域、非定常流动图像重构,不仅能够为流场结构特征分析提供重要参考依据,而且能够用于数值模拟与风洞实验结果的比较印证。