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相似文献
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1.
《力学学报》2012,44(2)
报道关于高温燃气自由喷流(热喷流)、燃气喷流/主流干扰流对气动热环境影响的实验研究结果.其意义在于:抽象出高超声速飞行器实际飞行时燃气喷流及其干扰流的物理模型,为高超声速飞行器防热需求提供实验依据.实验主流由脉冲风洞提供,燃气喷流用氢氧燃烧驱动路德维希管的方式产生.利用脉冲风洞驱动段压力信号自动控制热气源的产生以保证风洞主流与燃气喷流同步,利用氢气、氮气和氧气的不同比例实现燃气喷流的热力学相似.实验技术上完成了高温燃气喷流系统的参数采集与系统状态标定;实验内容上开展了压缩拐角平板模型的气动热实验研究,通过实验比较了只有主流流场、只有热喷流流场和既有主流流场又有热喷流流场(即干扰流场)3种工况的热流分布.实验研究发现,热喷流/主流相互干扰会对压缩拐角平板上某一范围内的气动热环境造成显著影响,热流峰值较无喷流流场高出一个量级.  相似文献   

2.
喷流干扰是高超声速飞行高精度控制的一种有效手段,研究者们以往大部分都主要集中于连续流条件下喷流干扰效应的机理研究,并给出了喷流干扰流场的典型结构,而稀薄流条件下喷流干扰特性的实验数据还十分匮乏.本文利用JFX爆轰激波风洞产生高超声速稀薄自由流,基于平板模型开展不同喷流压力和自由来流参数对横向喷流干扰特性影响的实验研究,采用高速纹影成像及图像处理技术,获得稀薄流条件下喷流干扰流场演化过程及流场结构的变化规律.相比于无喷流条件形成的流场,横向喷流与稀薄自由流相互作用形成的流场结构更为复杂,喷流压力由于受到稀薄来流的扰动,斜激波会短暂穿透喷流干扰流场并延伸至楔形体上部.喷流干扰流场内桶状激波的影响范围随着喷流压力的升高而逐渐变宽,位于三波点上游的斜激波空间位置不会随喷流压力的变化而改变,而位于三波点下游的弓形激波则向上游移动,当喷流压力过低时,桶状激波不会与其他两种激波交汇形成三波点.高超声速稀薄来流压力的降低同样会使桶状激波的影响范围变宽,弓形激波同样也会向上游移动,但基本不会对斜激波空间位置产生任何影响.  相似文献   

3.
针对不同气体模型对高超声速飞行器喷流反作用控制系统(RCS)热喷干扰流场模拟的计算效率和准确性问题, 基于喷流燃气物理化学模型, 通过数值求解含化学反应源项的三维N-S方程, 建立了飞行器RCS热喷干扰流场数值模拟方法, 分别采用化学反应流、反应冻结流、二元异质流以及空气喷流四种气体模型开展了典型外形热喷干扰流场的数值模拟, 研究了不同气体模型对热喷干扰流场结构、飞行器气动力热特性的影响, 分析了不同马赫数、飞行高度下的变化规律. 研究表明: 化学反应流模型计算精度较高, 计算与风洞试验数据的吻合程度优于其他三种简化模型; 在本文的低空条件下, 采用简化模型进行热喷干扰流场数值模拟, 会低估分离区大小, 使飞行器气动力特性预测出现偏差, 同时也会低估表面热环境, 对防热系统设计不利, 随着马赫数增加, 简化模型对气动力热特性预估的误差进一步增大, 同时不同简化模型之间的差异也进一步增大; 飞行高度较高时, 模型之间的差异减小, 此时可采用简化模型进行计算以提高计算效率. 本文的研究结果可为飞行器热喷干扰流场数值模拟及喷流反作用控制系统设计提供参考.   相似文献   

4.
高超声速激波湍流边界层干扰直接数值模拟研究   总被引:11,自引:7,他引:4  
童福林  李欣  于长  李新 《力学学报》2018,50(2):197-208
高超声速激波与湍流边界层干扰会导致飞行器表面出现局部热流峰值,严重影响飞行器气动性能和飞行安全. 针对高马赫数激波干扰问题,以往数值研究多采用雷诺平均方法,而在直接数值模拟方面的相关工作较为少见. 开展高超声速激波与湍流边界层干扰的直接数值模拟研究,有助于进一步提升对其复杂流动机理认识和理解,同时也将为现有湍流模型和亚格子应力模型的改进提供理论依据. 采用直接数值模拟方法对来流马赫数6.0,34°压缩拐角内激波与湍流边界层的干扰问题进行了研究. 基于雷诺应力各向异性张量,分析了高超声速湍流边界层在压缩拐角内的演化特性. 通过对湍动能输运方程的逐项分析,系统地研究了可压缩效应对湍动能及其输运的影响机制. 采用动态模态分解方法,探讨了干扰流场的非定常运动历程. 研究结果表明,随着湍流边界层往下游发展,近壁湍流的雷诺应力状态由两组元轴对称状态逐渐演化为两组元状态,外层区域则由轴对称膨胀趋近于各向同性. 干扰流场内存在强内在压缩性效应(声效应),其对湍动能输运的影响主要体现在压力--膨胀项,而对膨胀--耗散项影响较小. 高超声速下压缩拐角内的非定常运动仍存在以分离泡膨胀/收缩为特征的低频振荡特性,其物理机制与分离泡剪切层密切相关.   相似文献   

5.
高超声速飞行器反作用控制系统喷流干扰综述   总被引:2,自引:0,他引:2  
反作用控制系统(reaction control system, RCS)在高超声速飞行器上取得了较为广泛的应用,已成为高超声速飞行器重要的控制手段之一. RCS 工作过程中喷流与来流形成了复杂的干扰流场,使得对RCS的控制能力预测存在困难. 根据RCS 在不同高超声速飞行器上的布局位置及飞行器局部外形特点将RCS 布局方式归纳为4 类,包括小曲率表面喷流、大曲率表面喷流、头部喷流和翼面附近喷流. 对用于模拟各布局方式流动特征的4 种典型模型进行了概述,并对各典型模型喷流干扰问题的研究进展进行了总结. 最后,对今后研究方向提出了一些建议.  相似文献   

6.
高超声速激波与湍流边界层干扰会导致飞行器表面出现局部热流峰值,严重影响飞行器气动性能和飞行安全.针对高马赫数激波干扰问题,以往数值研究多采用雷诺平均方法,而在直接数值模拟方面的相关工作较为少见.开展高超声速激波与湍流边界层干扰的直接数值模拟研究,有助于进一步提升对其复杂流动机理认识和理解,同时也将为现有湍流模型和亚格子应力模型的改进提供理论依据.采用直接数值模拟方法对来流马赫数6.0,34?压缩拐角内激波与湍流边界层的干扰问题进行了研究.基于雷诺应力各向异性张量,分析了高超声速湍流边界层在压缩拐角内的演化特性.通过对湍动能输运方程的逐项分析,系统地研究了可压缩效应对湍动能及其输运的影响机制.采用动态模态分解方法,探讨了干扰流场的非定常运动历程.研究结果表明,随着湍流边界层往下游发展,近壁湍流的雷诺应力状态由两组元轴对称状态逐渐演化为两组元状态,外层区域则由轴对称膨胀趋近于各向同性.干扰流场内存在强内在压缩性效应(声效应),其对湍动能输运的影响主要体现在压力-膨胀项,而对膨胀-耗散项影响较小.高超声速下压缩拐角内的非定常运动仍存在以分离泡膨胀/收缩为特征的低频振荡特性,其物理机制与分离泡剪切层密切相关.  相似文献   

7.
针对高超声速飞行伴随的热化学反应流动,本文回顾了郭永怀先生的科研理念和学科布局,综述了他亲手成立的高温气动团队在高超声速飞行风洞实验模拟理论与方法方面的研究进展.高温气体的迅速产生与迅速应用是一种理想的风洞运行方法,而激波管就是这样一种实验装备.论文首先介绍了激波管技术的基本理论与方程,指出将其用于高超声速流动实验模拟时所具有的独特优势.然后讨论了应用激波风洞复现需要的高超声速飞行状态的可行性、基本方程和需要解决的关键问题.针对这些关键问题,进一步介绍了如何应用爆轰现象研发激波风洞驱动技术的理论,并给出了基于爆轰驱动方法的技术发展和工程应用验证.最后,论文介绍了爆轰驱动激波风洞的界面匹配条件,该条件奠定了长实验时间激波风洞运行基础,是其他驱动方法尝试解决而没能完全解决的难题.高温气动团队关于高超声速飞行复现风洞的理论与技术研究,实现了郭永怀先生的战略规划,成就了国际领先的高超声速热化学反应流动研究平台.   相似文献   

8.
针对高超声速飞行伴随的热化学反应流动,本文回顾了郭永怀先生的科研理念和学科布局,综述了他亲手成立的高温气动团队在高超声速飞行风洞实验模拟理论与方法方面的研究进展.高温气体的迅速产生与迅速应用是一种理想的风洞运行方法,而激波管就是这样一种实验装备.论文首先介绍了激波管技术的基本理论与方程,指出将其用于高超声速流动实验模拟时所具有的独特优势.然后讨论了应用激波风洞复现需要的高超声速飞行状态的可行性、基本方程和需要解决的关键问题.针对这些关键问题,进一步介绍了如何应用爆轰现象研发激波风洞驱动技术的理论,并给出了基于爆轰驱动方法的技术发展和工程应用验证.最后,论文介绍了爆轰驱动激波风洞的界面匹配条件,该条件奠定了长实验时间激波风洞运行基础,是其他驱动方法尝试解决而没能完全解决的难题.高温气动团队关于高超声速飞行复现风洞的理论与技术研究,实现了郭永怀先生的战略规划,成就了国际领先的高超声速热化学反应流动研究平台.  相似文献   

9.
高超声速非定常流动的数值模拟与气动热计算   总被引:2,自引:0,他引:2  
高超声速飞行器研究中的一个重点问题是飞行器表面的气动加热,它对飞行器的气动、热特性及安全性有重要的影响.受到当前实验技术的限制,地面实验无法准确模拟真实飞行条件,所以采用数值模拟研究气动加热问题成为目前重要的研究手段.本文采用数值方法求解三维N-S方程,得到钝头体再入模型绕流的瞬态流场,驻点温度及表面热流沿轨道变化规律.计算中采用变边界条件模拟沿轨道飞行的非定常性.  相似文献   

10.
非定常俯抑振荡下的横向喷流数值模拟   总被引:2,自引:0,他引:2  
赵海洋  刘伟  任兵 《力学季刊》2007,28(3):363-368
采用高精度格式数值求解RANS方程,研究了定常状态下横向喷流流场,压力分布计算结果与实验结果基本吻合,并捕捉到喷流干扰流场中多种流动结构.在非定常计算过程中,飞行器的振动引起了法向力和俯仰力矩系数的相位滞后,推力放大因子随俯仰角周期变化.飞行器振动过程中,喷流流场的动态气动特性与稳态喷流有明显的区别,因此在利用横向喷流对飞行器进行姿态控制时,应该考虑由于飞行器姿态的变化对横向喷流所产生的非定常影响问题.  相似文献   

11.
Based on the unsteady aerodynamics experiment (UAE) phase VI and the model experiment in controlled conditions (MEXICO) projects and the related research carried out in China Aerodynamic Research and Development Center (CARDC), the recent progress in the wind tunnel experimental techniques for the wind turbine is summarized. Measurement techniques commonly used for different types of wind tunnel experiments for wind turbine are reviewed. Important research achievements are discussed, such as the wind tunnel disturbance, the equivalence of the airfoil inflow condition, the three-dimensional (3D) effect, the dynamic inflow influence, the flow field structure, and the vortex induction. The corresponding research at CARDC and some ideas on the large wind turbine are also introduced.  相似文献   

12.
高超声速飞行器气动热关联换算方法研究   总被引:3,自引:2,他引:1  
气动热风洞实验是地面研究和预测飞行器气动热环境的重要手段之一, 但由于风洞实验模拟能力的限制, 风洞实验的流场参数和模型的几何尺度都会与实际飞行情况存在一定的差别, 导致地面风洞实验中得到的模型表面气动加热率数据无法直接用于飞行条件下的热环境预测和热防护设计. 以往通过针对具体飞行器的试验结果进行数据拟合后外插的气动热关联换算方法指向性较强, 没有考虑到气动热的具体影响参数, 存在一定局限性, 难以外推应用于其他外形的飞行器. 为解决通过气动热风洞实验数据外推预测飞行条件下气动热的技术难题, 基于无量纲NS方程和边界层理论分析研究了影响气动热的主要参数, 并通过推导化简边界层近似解热流公式, 针对层流流态建立了气动热关联换算方法, 可以考虑当地边界层外缘参数的影响, 具有一定通用性. 在此基础上, 利用建立的方法将Reentry-F飞行器缩比模型的风洞实验数据换算到该飞行器飞行条件下的典型工况, 并与飞行测量结果进行了比较, 外推预测结果与飞行测量结果符合较好, 表明建立的关联方法可以用于气动热风洞实验数据的外推换算.   相似文献   

13.
Eric Garnier 《Shock Waves》2009,19(6):479-486
The shock/boundary layer interaction experiment performed at IUSTI (Institut Universitaire des Systèmes Thermiques Industriels, Université de Provence) has been computed using the Stimulated Detached Eddy Simulation approach. This computation accounts for the whole wind tunnel span. It suggests that corner separations induced by the presence of lateral walls reduce the effective section of the wind tunnel and strengthen the interaction, making periodic computations irrelevant for strongly separated situations (shock deviation of 9.5 degrees). Furthermore, this computation evidences that the strongest wall pressure fluctuations are found in corner flows. The latter are subjected to low frequency movements which contribute to 30% of the total fluctuations. Nevertheless, it was not possible to connect statistically these movements to the ones of the main separation.  相似文献   

14.
15.
The supersonic unsteady flow of a gas past a lattice of thin, slightly curved profiles has been investigated in several studies. The paper [1] is devoted to an evaluation of the effect of wind tunnel walls on the unsteady aerodynamic characteristics of a profile, and [2] investigates the effects of the boundaries of a free jet. These cases are equivalent respectively to the anti-phase and in-phase oscillations of the profiles of an unstaggered grid. In [3] consideration is given to a more general case of gas flow past a profile in a wind tunnel with perforated walls. Flow past a lattice of profiles with stagger is studied in [4], where the magnitude of the stagger angle is limited by the condition that the lattice leading edge is located in the undisturbed stream.In the present paper we present a method of calculation of the unsteady supersonic flow of a gas past a lattice of profiles with arbitrary stagger. As an example the results are presented of the calculation of the aerodynamic forces and moments acting on an oscillating profile in a wind tunnel with solid walls and in a free jet.  相似文献   

16.
The flow structure of an underexpanded supersonic jet with high reservoir temperature impinging on a flat plate has been numerically investigated using a Total Variation Diminishing (TVD) scheme. When the temperature of the flow field is high enough to cause chemical reaction, the specific heat ratio,, is no longer equal to 1.4, nor constant. This explains the difference found in the literature between the flow properties of the calorically perfect gas and that of the chemically reacting flow. Under the equilibrium flow assumption the effect of high temperature gas on the impinging jet has been taken into account in the present paper by using specific heat ratio and speed of sound given by correlation polynomials of thermodynamic variables. The limiting case of cold jet calculation in the present numerical results agreed well with the existing experimental data. For the equilibrium jet with high reservoir temperature,T o=1000K, qualitative support of the present result has been provided by means of the approximation theory.This article was processed using Springer-Verlag TEX Shock Waves macro package 1.0 and the AMS fonts, developed by the American Mathematical Society.  相似文献   

17.
The presence of solid particles in the flow of hypersonic wind tunnels damages the appearance of the experiment models in the wind tunnel and influences the accuracy of experimental results. The design of a highly efficient gas–solid separator was therefore undertaken. Particle trajectory imaging methods were used to measure trajectories under different conditions. The flow field and particle movement characteristics for different head angles (HAs) and separation tooth angles (STAs), inlet velocities, and the exhaust gas outlet pressures in the separator, were calculated using simulations based on the discrete phase model. The particle separation efficiency, pressure loss, and flow loss resulting from different structural parameters were also studied. In line with experimental observations, the characteristic angle of particle movements in the separator and the separation efficiency of the separator were found to increase with decreasing HA and with increasing STA. Separation efficiency improves with increasing inlet velocity and with increasing negative pressure of the exhaust gas outlet; however, the corresponding pressure loss and the flow rate of the waste gas also increased.  相似文献   

18.
建筑群环境风场的特性及模拟--风环境模拟研究之一   总被引:2,自引:0,他引:2  
建筑风环境是研究建筑物与城市风场相互作用的一门空气动力学与大气科学的交叉学科、将空气动力学惯用的风洞实验和流场显示研究手段,直接用于城市大气边界层和建筑物周边流场变化规律的研究.充分利用数值计算的广度和深度与风洞实验相结合,相互验证、相互补充、弥补了目前实验手段尚无法实现的研究.本以北京商务中心区(CBD)为研究背景,论述了建筑风环境中大气边界层的模拟和具体建筑物风场的显示方法,并与数值计算进行对比,取得了非常一致的结果.为该地区的城市规划和环境保护,提出了科学依据.  相似文献   

19.
An experimental study was performed on a two-phase critical flow with a non-condensable gas at high pressure conditions. Experimental data for the critical flow rates were generated by using sharp-edged stainless steel pipes with an inner diameter of 10.9 mm, a thickness of 3.2 mm, and a length of 1000 mm. The test conditions were varied by using the stagnation pressures of 4.0, 7.0, and 10.0 MPa, water subcoolings of 0.0, 20.0, and 50.0 °C, and nitrogen gas flow rates of 0.0–0.22 kg/s. The experimental results show that the critical mass flux decreases rapidly with an increase of the volumetric non-condensable gas fraction. Also the critical mass flux increases with an increase of the stagnation pressure and a decrease of the stagnation temperature. An empirical correlation of the non-dimensional critical mass flux, which is expressed as an exponential function of the non-condensable gas fraction of the volumetric flow, is obtained from the experimental data.  相似文献   

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