二维超声速空气引射器启动特性试验研究

xxxx超声速引射器是高空模拟试车台的重要组件,在发动机启动前利用引射器对试验舱预抽真空可避免发动机启动初始时刻燃气漏入试验舱造成燃气在发动机中分离,对获取发动机在高空环境下的完整推力特性具有重要意义。而该工况下超声速引射器的启动过程是引射器工作过程中最为恶劣的工况,设计不合理的引射器会导致启动压力过高甚至不能实现启动。建立了缩比超声速空气引射器试验台对超声速引射器的启动特性进行研究,采用压力测量方法结合纹影技术对超声速引射器处于极限启动压比时的流场进行了描述,研究结果表明混合室收缩比越小,引射器极限启动压比越低。同时给出了定位超声速引射器不启动原因的判据：当引射器不启动是由引射总压不足引起时,盲腔压力在引射总压提高时降低,并在临界启动状态下达到最小值;而由混合室收缩比过小导致的引射器不启动在引射总压提高时盲腔压力单调上升。     

超声速湍流混合层中小激波结构的实验研究

在对流马赫数为1.24的超声速湍流混合层风洞中,以NPLS实验技术为基础观察到了小激波结构。分析了小激波结构产生时的混合层流场参数,给出了从实验图像中确定对流马赫数的方法,避免了理论分析不必要的假设。探讨了小激波结构产生、发展的一般规律。     

美军空中靶标现状发展趋势及启示

文章以美国国防科学委员会关于美军空中靶标现状及其2020发展规划等为依据，分析美军空中靶标体系建设现状，包括靶标种类、基本型号和性能特点等，研究了美军空中靶标面，陆的挑战与发展趋势，以期为我军空中靶标的发展建设提供若干有益的经验与启示。     

超声速气流中液体横向射流一次破碎过程

发展显微成像方法获得空间分辨率为1.57 μm/pixel的近场射流瞬态图像，分析超声速气流中液体横向射流表面波演化规律。采用流体体积法获得射流的三维形态及近场流场特征，研究近场流场结构及气液作用。射流的一次破碎过程主要有表面破碎和液柱破碎。其中表面破碎由气液剪切引起的K-H不稳定主导，液柱破碎由气液加速引起的R-T不稳定主导；射流柱表面局部压力的脉动是诱导产生射流迎风面表面波并促使其沿射流方向发展的主要原因；射流柱与超声速气流作用形成背风面回流，近壁面液雾主要由表面破碎及背风面回流输运的液滴组成。     

超声速欠膨胀冲击射流数值模拟

超声速欠膨胀冲击射流有着重要的实际应用价值,如S/TOVL飞行器、火箭发射、除尘等。其流场结构复杂,包含间断激波、反射激波、马赫盘、滞止泡以及冲击平面传热不同于亚声速冲击射流的特点。为了分析超声速欠膨胀冲击射流流场和传热,采用有限体积法,结合k-l湍流模型以及二阶精度的TVD格式进行数值模拟:对比实验和k-ε湍流模型的努赛尔数,得出k-l湍流模型在传热问题中更具优势;对比阴影图和计算密度云图以及对比冲击平面压力系数的实验值和计算值,验证了k-l湍流模型模拟超声速欠膨胀冲击射流流场的合理性;采用k-l湍流模型研究3种冲击高度(3D,6D,10D),3种压比(2.0,3.4,4.4),3种喷管总温(493 K,591 K,580 K)下,冲击平面温度分布。数值研究结果对分析超声速欠膨胀冲击平面的烧蚀有一定的指导意义。     

凹腔超声速流场结构的试验研究

对超声速冷流情况下凹腔流场特性进行了试验和数值仿真研究,分析了不同构型的凹腔对超声速流场的影响。研究结果表明,在5～9范围内长深比L/D对凹腔流场结构基本没有影响;在30°～60°范围内,凹腔后壁倾角θ不会改变凹腔流场整体结构和特征,但对剪切层的空间发展和凹腔回流区结构有比较大的影响。     

基于十字靶标的人控交会对接仿真

为了减轻航天员的负担,提高人控对接成功率,建立人控交会对接仿真系统是很有必要的。通过对追踪飞行器和目标飞行器的动力学模型分析,建立了人控交会对接仿真系统的基本框架,并基于十字靶标进行了相应的仿真实验。实验结果表明航天员经过一定的训练后,可以通过操作手柄控制追踪飞行器的位置和姿态,实现航天器的交会对接。为降低操作的复杂程度,航天员可以只进行位置控制,而把姿态控制交给自控系统,这样手控对接的成功率会更高。     

超声速燃烧火焰放热区结构CH-PLIF成像技术

超燃冲压发动机是吸气式高超声速飞行器的关键部件之一，超燃冲压发动机燃烧室内火焰结构的研究对揭示超声速燃烧的稳焰机理具有重要意义。利用平面激光诱导荧光（Planar Laser-Induced Fluorescence，PLIF）技术测量了超声速燃烧直连式试验台燃烧过程中重要自由基CH的二维分布，实现了超声速燃烧火焰放热区结构的可视化。在开敞空间的低速射流火焰炉中使用甲烷/空气预混火焰对CH-PLIF技术进行了初步验证和系统优化，再利用CH-PLIF技术在凹腔稳焰的超燃直连台上实现了超声速燃烧火焰放热区结构的二维可视化，并与OH-PLIF和CH自发辐射测量结果进行了对比。实验结果表明，在开敞空间的低速射流预混火焰中，火焰放热区会发生扭曲、褶皱和分裂等现象，随着雷诺数的增大，火焰锋面褶皱程度更加显著；在凹腔稳焰的超声速燃烧中，火焰放热区高度褶皱和破碎，放热区结构的厚度为0.5～6.5 mm，同时也存在放热区的分裂与剥离等现象。CH-PLIF技术能够以较高的空间分辨率更准确地呈现凹腔超声速火焰放热区的结构，其在凹腔稳焰的超声速燃烧诊断中具有重要的应用价值。     

超声速扩压器中激波串结构的数值模拟

通过求解由BL湍流模型封闭的二维、轴对称及三维雷诺平均N S方程 ,数值模拟了等截面超声速扩压器中由激波 /附面层干扰诱导的复杂流场 ,比较了二维直管、圆截面直管及三维矩形截面直管中的流场特性、激波串长度及压强恢复程度。在来流马赫数为 3 0的二维直管计算中 ,采用四步Runge Kutta显式方法数值仿真了激波串自激振荡过程 ,并与实验结果作了对比分析     

二次流对超声速环型空气引射器真空度的影响

采用计算流体力学时间相关法求解二维轴对称Navier Stokes方程,数值模拟求解了二维轴对称超声速环型空气引射器流场。在前期工作基础上,探讨了零二次流时盲腔压强平衡的机理和二次流对引射器真空度的影响。计算表明,二次流对引射器的流场结构影响显著,与零二次流相比,少量的二次流将使引射器真空度大大下降。