升力体飞行器尾喷流模拟气动力试验方法研究

尾喷流对升力体高超声速飞行器的气动特性影响显著,风洞喷流模拟测力试验是研究升力体飞行器尾喷流干扰效应的重要手段。在尾喷流模拟气动力试验中,选取恰当的喷流模拟参数,以及克服喷流供气管路对天平测力的干扰以提高测量精准度,是需要解决的关键技术。在CARDC的Ф1米高超声速风洞中,研究了采用冷喷流模拟、飞行器整体模型测力的升力体飞行器尾喷流模拟测力试验方法。通过优化模型结构设计、选用小干扰的喷管分断缝隙密封措施,解决了带尾喷流模拟条件下的升力体飞行器气动力精确测量问题,提高了带喷流气动力试验数据精度,接近常规气动力试验的水平。

飞行器喷流模拟技术进展

飞行器喷流对其整体性能影响很大,而理论上又难于准确计算,一般须通过喷流试验来解决,喷流模拟试验已成为风洞试验的一个重要课题。本文分析了喷流模拟相似参数,讨论了现有冷喷和热喷模拟技术的特点及各自的不足之处,研究了低温风洞用于喷流模拟的原理和特点,研究表明通过选择常温或中温不同组成和组分的混合气,低温风洞可基本上实现喷流全参数完全模拟,是喷流模拟技术的发展方向。

喷流模拟方法研究

本文以喷流流动特性及超声速喷流形状为基础，结合美国的喷流模拟研究成果，提出了喷流模拟方法为：喷流边界（形状）模拟，喷流引射能力模拟。

侧向喷流试验中干扰力和喷流力同时模拟的相容性

阐述了在侧向喷流的直接模拟和间接模拟中开展喷流形状模拟的必要性 ,认为喷流形状相似是正确模拟干扰力的保证。分析了在直接模拟中同时模拟喷流形状 (也即干扰力 )和喷流力的相容情况 ,并给出了相应的相容条件。只要满足相容条件 。

侧向喷流的一种直接实验模拟

研究了侧向喷流的一种直接实验模拟技术,旨在探讨喷流力直接作用在天平上时,侧向喷流对气动载荷的影响及其增益情况。本文的直接模拟是通过一种通气式应变天平实现的。研究中分析了有关模拟原则,妥善处理了诸如高压气体密封、天平变形引发的漂移、干扰等相关技术问题,并在一尖拱柱构型上实现了多种条件下的直接模拟,给出了来流条件和喷口参数条件对法向力、俯仰力矩增益因子的影响。最后,就实验结果进行了适当讨论和评述。

应用低温风洞模拟热喷流

应用低温风洞模拟热喷流,是喷流模拟技术一大进步。本文讨论了喷流模拟相似参数,分析了现有冷喷和热喷技术不足,指出应用低温风洞模拟喷流的基本优点,研究表明,通过选择不同组成和组分的喷流模拟气,低温风洞可实现喷流全参数完全模拟。

喷流反压模拟技术及在高超声速进气道实验中的应用

为研究高超声速进气道的反压特性以及不起动/再起动特性,提出了一种凹腔喷流反压模拟技术,在实验过程中通过控制阀门的开度可方便地且迅速地调节进气道的出口反压.利用该技术,还对一种马赫数为7级的轴对称高超声速的反压特性及不起动/再起动特性进行了研究,展示了该技术的实用性.结果表明:(1)所提出的凹腔喷流技术可在进气道下游形成较为均匀的、可控的背压环境,因此可用于进气道的反压特性研究;(2)适当调节凹腔的喷流总压,并在实验中实时控制阀门的开度,凹腔喷流技术能够在较短的风洞实验时间内(约8 s)实现进气道起动、不起动、再起动流态之间的切换,因此可用于进气道的不起动/再起动特性研究.

侧向喷流单、双喷管气动特性研究

在CARDC-5的高超声速推进风洞中，采用空气作为喷流介质对双锥柱体模型的单、双喷管侧向喷流干扰进行了对比实验研究。实验状态为：马赫数6、飞行高度H=54km、迎角a=0°～6°、滚转角γ=0°～90°。实验结果表明：（1）单喷推力放大因子在1左右，力矩放大因子略小于1，喷流干扰影响较小；（2）双喷管流场因为喷流相互干扰的作用，其各放大因子变化量较单喷更稳定；（3）在此高度及模型外形条件下，不管是单喷管还是双喷管，喷流干扰对其自身推力影响不大。

冷/热喷流对飞行器气动特性干扰实验研究

在中国空气动力研究与发展中心的Ф1m高超声速风洞中，采用压缩空气和真实固体火箭发动机工作产生的燃气流作为喷流介质对双锥柱体飞行器进行了冷／热喷流干扰影响对比实验研究，状态为：马赫数6、飞行高度h=54km、迎角α=4～6°。实验结果表明：冷、热喷流对模型气动特性干扰影响的变化趋势基本一致，推力放大因子和力矩放大因子趋势一致，数值略有差异，采用冷喷流对热喷流的模拟技术可行。

高超声速侧向喷流干扰气动特性试验研究

在CARDC-5的推进风洞中,对双锥柱体模型进行了侧向喷流干扰测力试验.本次试验是对于高超声速中侧向喷流的一次比较系统的研究,包括单喷管冷、热喷流干扰测力试验和双喷管冷喷流干扰测力试验研究,飞行高度h=54km,试验马赫数为6,模型迎角a=0°～6°,模型滚转角γ=0°～90°,冷喷流介质为空气,热喷流介质为发动机燃气流.试验结果表明:对于本模型喷流气动干扰使喷流放大因子略有变化;在综合性能上双喷管要优于单喷管的表现.

尾支撑喷流试验技术研究

本文以喷流模拟、柱体环形喷管喷流对模型底压影响、以及尾支撑和侧支撑对模型底压影响为基础,从定性、定量得出,用尾支撑作喷流试验,支撑干扰小,可做到既经济又可靠,数据准度较高。

矢量喷管推力特性的风洞试验技术

该试验技术的研究包括喷流模拟器的研制、地面校准系统的研制、喷管天平数据修正方法研究以及风洞验证试验。研制的喷流模拟器内置喷管推力测量天平,设计了地面推力特性试验校准架,建立了地面试验系统。分析了影响喷管天平测量结果的附加刚度效应、压力效应和流动效应3个主要因素,通过地面校准架建立了相应的测量数据修正方法。针对特定喷管,开展了0°、5°、10°和15°四个偏转角度的喷管,在不同落压比下的推力和矢量角地面验证试验研究。进一步将喷流模拟器和喷管安装在模型上,在中国空气动力研究与发展中心的8m×6m低速风洞开展了落压比为3时的模型纵向气动特性试验研究。研究结果表明:以喷流模拟器为核心的喷管推力特性试验技术能够在地面和风洞试验中有效测量矢量喷管的推力大小、矢量角大小和对飞行器气动特性的影响量。从测量结果来看,落压比为2时,有效推力偏角最大,实际偏角为10°时的有效偏角可以增加3°。喷管偏转10°时,推力对模型的气动力影响最大,其中升力系数可以增加0.066。

推力矢量对飞机大迎角动态气动特性的影响

推力矢量是提高战斗机大迎角动态气动特性,提升其过失速机动能力和飞行品质的重要手段。新一代战斗机的高机动性要求也使气动和推力矢量的融合控制研究日益重要。针对中国空气动力研究与发展中心3.2m开口低速风洞,研制了喷流模拟器和通气动态试验装置,建立了带推力矢量的大迎角动态试验技术。开展了不同减缩频率、不同落压比、不同喷管偏角时的大迎角俯仰振荡运动特性试验研究。结果表明:与无喷流试验相比,带喷流时模型的动态特性均随着落压比和喷管偏角的变化呈现规律性的变化;力和力矩系数形成的迟滞曲线面积随着落压比和偏角的增加而增加;减缩频率的变化对模型的动态特性影响小于无喷流时的影响。总的来说,推力矢量的影响未改变模型大迎角动态特性的基本规律,但是随着推力矢量角度和大小的变化,有规律地改变了模型动态气动力和力矩的变化幅度。