高超声速粘性干扰效应数据关联方法研究

发布时间：2017-07-21 02:20

  本文关键词：高超声速粘性干扰效应数据关联方法研究

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【摘要】：高超声速流动中,粘性干扰效应对飞行器气动性能具有显著影响。受地面风洞试验能力和测试技术水平的限制,目前无法准确模拟粘性干扰效应作用下的气动力特性。本文以粘性干扰效应作用下风洞试验数据与飞行数据的关联方法研究为主线,应用理论研究、风洞试验与数值模拟相结合的方法开展了三部分工作:(1)高超声速气动力试验不确定度评估方法研究;(2)粘性干扰效应模拟准则与方法研究;(3)粘性干扰效应及关联参数研究等。主要工作和研究成果如下:(1)针对常规高超声速风洞、激波风洞和高超声速低密度风洞的设备特性与气动力试验特点,辨识出高超声速气动力试验中的主要误差源,对气动力试验中多种重复性试验情形建立了误差源分析与传递方法;明确了高超声速气动力试验不确定度分析过程中需要校准的系统以及校准原则,并建立了传感器的校准、使用过程中不确定度评估与传递方法。针对常规高超声速风洞、高超声速低密度风洞和激波风洞气动力测量试验建立了统一的不确定度评估方法,为高超声速风洞试验的气动力数据提供适用的数据质量评估方法。(2)结合尺度化方法开展了粘性干扰效应模拟准则与方法研究,分析了尺度化的流动控制方程中相似准则的物理意义,建立了分析高超声速气动力试验中相似准则影响权重的方法,提出了粘性干扰效应在流动控制方程中的基本形式,为开展粘性干扰效应的数据关联研究奠定了理论基础。(3)基于气动力试验模拟准则的研究成果,提出了“流动方程中剪切粘性力所耗损的机械能组成项表征了高超声速粘性干扰现象”的观点,并得到了粘性干扰效应作用下关联参数的基本表现形式,结合升力体模型与尖锥外形的气动力试验数据与数值模拟结果验证了关联参数基本形式的有效性与适用性。目前国内外通用的粘性干扰效应关联参数均具有该基本形式的演变形式,现有的参数是基于工程方法和大量的试验数据发展起来的,关联参数基本形式的提出为目前几类通用的粘性干扰效应关联参数提供了理论支持。(4)在试验数据与数值模拟结果的基础上,提出了一种粘性干扰效应作用下地面风洞试验数据与飞行数据之间的组合关联参数,应用该组合参数能够比目前其它关联参数更理想的将等温壁条件下的地面风洞试验数据与绝热壁(和等温壁)飞行数据关联起来,并结合尖锥模型的气动力特性数据验证了组合关联参数的有效性。在此基础上,讨论了以基本形式为基础的关联参数在粘性干扰效应作用下对不同气动外形的飞行器的适用性问题。
【关键词】：粘性干扰 数据关联 高超声速流动 相似准则 升力体
【学位授予单位】：中国空气动力研究与发展中心
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：V211.74
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-8
• 符号和缩略词说明8-14
• 第一章 引言14-26
• §1.1 研究背景14-19
• §1.2 国内外情况与研究现状19-23
• §1.3 论文结构与主要工作23-26
• 第二章 试验与数值计算方案26-36
• §2.1 试验模型26
• §2.2 试验研究方案26-31
• §2.2.1 试验设备27-30
• §2.2.2 测试技术30
• §2.2.3 流场条件与试验状态30-31
• §2.3 数值模拟方法与验证31-33
• §2.4 数据处理方法33-36
• 第三章 高超声速气动力试验不确定度分析方法36-52
• §3.1 引言36-37
• §3.2 被测变量的不确定度分析方法37-38
• §3.3 测量变量不确定度向试验结果的传递38-39
• §3.4 气动力试验的不确定度方法39-47
• §3.4.1 高超声速气动力试验的误差源39-40
• §3.4.2 需校准的系统与校准原则40-41
• §3.4.3 模型姿态角测量的不确定度评估方法41-43
• §3.4.4 天平校准过程的不确定度评估方法43-45
• §3.4.5 压力传感器校准过程的不确定度45-47
• §3.4.6 流场参数与气动力系数不确定度计算方法47
• §3.5 算例47-50
• §3.5.1 FD-20A高超声速风洞升力体模型气动力试验不确定度评估47-48
• §3.5.2 误差源对不确定度水平的影响48-50
• §3.6 本章小结50-52
• 第四章 粘性干扰效应模拟准则与方法研究52-65
• §4.1 尺度化方法52-53
• §4.2 流动控制方程的尺度化53-58
• §4.2.1 N-S方程的尺度化54-56
• §4.2.2 边界层方程的尺度化56-58
• §4.3 算例58-62
• §4.4 讨论62-64
• §4.5 本章小结64-65
• 第五章 粘性干扰效应及关联参数研究65-97
• §5.1 引言65
• §5.2 粘性干扰效应关联参数研究65-96
• §5.2.1 关联参数的推导65-69
• §5.2.2 地面风洞试验数据与飞行数据的相关性研究69-92
• §5.2.3 联合关联参数的讨论92-94
• §5.2.4 关联参数的适用性问题讨论94-96
• §5.3 本章小结96-97
• 第六章 结束语97-100
• §6.1 工作总结97-98
• §6.2 主要创新点98
• §6.3 研究展望98-100
• 致谢100-101
• 参考文献101-107
• 附录A 高超声速气动力试验流场参数与气动力系数不确定度估算方法的推导107-127
• 附录B 原始数据127-131
• 附录C 个人简介131-132
• 攻读博士学位期间发表学术论文情况：132

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