高超声速光学头罩的超声速冷却气膜及其气动光学机理研究

发布时间：2024-06-05 05:18

　　目前,高超声速条件下光学成像制导技术的研究主要面临着头罩窗口防热和窗口流场气动光学畸变控制两大难题。本文通过对高超声速光学头罩的超声速冷却气膜流场开展流动机理、冷却效率和气动光学效应的研究,探索既能有效制冷又能有效制导的超声速气膜冷却方案,以解决高超声速速成像制导所面临的热防护和气动光学畸变问题。开展高超声速光学头罩的超声速冷却气膜研究需要高性能的风洞实验平台和测试技术,本文对此开展了研究。介绍了开展实验的(高)超声速低噪声风洞和高超声速炮风洞,对风洞实验性能进行了研究,并对流场参数进行了校测。同时,为验证气膜冷却技术在高总温条件下的冷却效果,需要高总温的实验环境,因此对现有高超声速炮风洞进行了氢氮驱动改造,使其能够同时在低总温和高总温条件下运行。测试技术方面,探索了NPLS(Nano Partical based Laser Scattering)系统在高超声速脉冲风洞中的实现方案;对开展气膜冷却效果研究的热流/壁温测试系统也进行了研究。开展高超声速光学头罩的超声速气膜流场气动光学效应研究需要可靠的测试技术,本文对基于BOS的波前测试技术,即BOS-WS(Background-ori...

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【学位级别】：博士

【部分图文】：

图1.1高超声速光学头罩气膜流场示意图

国防科学技术大学研究生院博士学位论文第一章绪论声速光学头罩窗口的超声速气膜冷却技术，区别于传统的气膜却效果提出了较高的要求，还对流场结构要求苛刻。冷却气膜覆盖待冷却的窗口表面，将窗口与高温主流隔离并对窗口进行化流场结构，降低气膜与主流相互作用产生的复杂气动光学效步加深对气膜冷却....

图1.2混合层增长率与Ma关系图

图1.2混合层增长率与Ma关系图[30]由于结构简单，冷却效果好，二维切向气膜流动得到了广泛研究，对其进行建模有利于对冷却效率进行定量分析。如图1.3所示为Stollery[32]等人提出的切向喷流结构模型，根据不同区域的流动结构特征，他将喷管下游分为三个区：即势核....

图1.3二维切向气膜冷却的湍流边界层模型（Stollery）

图1.2混合层增长率与Ma关系图[30]于结构简单，冷却效果好，二维切向气膜流动得到了广泛研究，对其于对冷却效率进行定量分析。如图1.3所示为Stollery[32]等人提出的模型，根据不同区域的流动结构特征，他将喷管下游分为三个区：即流区和边界层区。在势核区内，喷....

图1.4Kanda气膜冷却模型

图1.4Kanda气膜冷却模型[34]气动光学机理的研究进展研究的是流动的可压缩效应对光学畸变的影响[35][36][37原因是流场的密度变化，空气和许多流体的折射率与ladstone-Dale关系给出[38]。当初始平面波前穿过变密度不同的当地速度传播，从而导致波前的....

本文编号：3989703