低噪声条件下超声速/高超声速边界层转捩及钝舵绕流实验研究
发布时间：2023-01-30 20:26
高超声速再入飞行器和吸气式飞行器的边界层可能发生转捩,而层流流动和湍流流动在摩擦阻力、热交换、流动分离、掺混等方面有巨大差别,至今,人们对边界层转捩机理中的很多问题认识还不清楚。边界层转捩是制约高超声速发展的重要的基础性问题,由于转捩过程是非定常、非线性,且受到马赫数、雷诺数、头部钝度等多参数影响,成为典型的待解决的流体力学科学问题;另一方面,边界层转捩直接关系到高超声速飞行器的热流分布,对于飞行器设计和热防护均有重要意义,开展转捩和预测相关研究,是工程应用的迫切需要。粗糙元和突起物是实现边界层控制的简单有效手段。舵面是非常重要的气动部件,用于控制飞行器的飞行姿态等。舵面与当地边界层相互作用引起的干扰流场导致热流和压力峰值的变化,舵面引起的激波与激波相互作用以及激波与边界层相互作用影响也更大,对于飞行器的性能影响非常显著。由于噪声对边界层转捩的影响非常明显,常规风洞在研究转捩问题时存在困难,本文的实验在低噪声超声速吸气式风洞和低噪声高超声速直连风洞展开。本文以基于纳米示踪的平面激光散射技术（Nano-tracer Planar Laser Scattering,NPLS）为主要试验手段...
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 超声速/高超声速边界层转捩研究现状
1.2.1 超声速/高超声速边界层转捩研究现状
1.2.2 边界层与圆台突起物干扰流场相关研究现状
1.3 低噪声风洞研究和发展现状
1.4 高超声速钝舵流场研究现状
1.5 本文主要研究内容
第二章 实验设备及相关测试技术
2.1 低噪声超声速风洞
2.2 低噪声高超声速直连风洞
2.2.1 高超声速喷管设计和加工
2.2.2 高超声速风洞稳定段设计
2.2.3 高功率电加热器
2.3 高超声速静风洞基本情况
2.3.1 静风洞噪声来源及抑制方法
2.3.2 静风洞抽吸喷管设计
2.4 NPLS流场精细测试系统
2.4.1 非接触流动显示技术相关进展
2.4.2 NPLS流场测试系统
2.4.3 NPLS技术在低噪声高超声速风洞中的应用研究
2.5 多通道微型压力测试系统
2.6 小结
第三章 高超声速边界层转捩实验研究
3.1 平板实验模型及实验参数
3.2 高超声速平板边界层流动显示
3.2.1 高超声速光滑平板边界层流动显示
3.2.2 高超声速粗糙平板边界层流动显示
3.3 高超声速圆锥边界层流动显示实验研究
3.3.1 光滑尖锥不同攻角和雷诺数边界层流动显示
3.3.2 粗糙尖锥不同攻角和雷诺数边界层流动显示
3.3.3 钝锥边界层流动显示
3.3.4 粗糙度、攻角、钝度对圆锥边界层发展的影响的分析
3.4 小结
第四章 超声速圆台绕流实验研究
4.1 马赫3.0 圆台绕流实验研究
4.1.1 马赫3.0 超声速圆台绕流实验模型
4.1.2 层流边界层边界层与圆台相互作用流场研究
4.1.3 不同高度圆台干扰流场对比
4.1.4 基于间歇性分析的圆台尾迹对比研究
4.1.5 基于分形的圆台尾迹对比研究
4.2 马赫3.0 圆台绕流实验与高精度数值计算对比分析
4.2.1 高精度计算模拟
4.2.2 数值结果与实验结果对比分析
4.3 马赫3.8圆台绕流实验研究
4.3.1 马赫3.8超声速圆台绕流实验模型
4.3.2 湍流边界层与圆台相互作用流场研究
4.3.3 三波点高度统计分析
4.4 小结
第五章 高超声速钝舵干扰流动实验研究
5.1 实验参数和模型
5.2 有壁面边界层干扰舵面流场实验研究
5.2.1 有边界层干扰舵面前缘流场研究
5.2.2 有边界层干扰舵面根部流场研究
5.2.3 有边界层干扰舵面根部附近压力分布研究
5.3 有边界层干扰舵面展向流场研究
5.4 无壁面边界层干扰舵面流场实验研究
5.5 舵轴缝隙内部干扰流场研究
5.6 小结
第六章 总结与展望
6.1 总结与创新点
6.2 展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]高超声速边界层转捩研究现状与发展趋势[J]. 陈坚强,涂国华,张毅锋,徐国亮,袁先旭,陈诚. 空气动力学学报. 2017(03)
[2]高超声速边界层感受性研究综述[J]. 江贤洋,李存标. 实验流体力学. 2017(02)
[3]高超声速翼舵干扰气动特性研究综述[J]. 李广超,王得强,高太元,蒋崇文. 飞航导弹. 2016(09)
[4]大后掠钝舵高超声速干扰特性实验研究[J]. 李素循,马继魁,郭孝国. 气体物理. 2016(03)
[5]高超声速平板边界层/圆柱粗糙元非定常干扰[J]. 潘宏禄,关发明,袁湘江,卜俊辉. 计算物理. 2015(05)
[6]粗糙物面引起的超声速边界层转捩现象研究[J]. 赵云飞,刘伟,冈敦殿,易仕和,邓小刚. 宇航学报. 2015(06)
[7]高超声速边界层转捩机理及应用的若干进展回顾[J]. 解少飞,杨武兵,沈清. 航空学报. 2015(03)
[8]高超声速边界层的转捩及预测[J]. 罗纪生. 航空学报. 2015(01)
[9]高超声速热流计算湍流模型性能评估[J]. 张翔,阎超. 北京航空航天大学学报. 2015(02)
[10]突起物及其干扰区热环境影响范围分析[J]. 潘宏禄,李俊红,张学军. 计算物理. 2013(06)
博士论文
[1]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[D]. 付佳.国防科学技术大学 2017
[2]高精度方法在激波/边界层干扰及转捩问题中的应用研究[D]. 赵云飞.国防科学技术大学 2015
[3]带后台阶超声速光学头罩流动机理及其气动光学效应试验研究[D]. 朱杨柱.国防科学技术大学 2015
[4]超声速压缩拐角流动机理及其流动分离控制的试验研究[D]. 武宇.国防科学技术大学 2015
[5]超声速壁面涡流发生器流场精细结构与动力学特性研究[D]. 王登攀.国防科学技术大学 2012
[6]超声速边界层及激波与边界层相互作用的实验研究[D]. 何霖.国防科学技术大学 2011
[7]小攻角钝锥高超声速边界层的扰动演化[D]. 刘建新.天津大学 2010
[8]高超声速钝锥边界层稳定性特征[D]. 梁贤.上海大学 2010
[9]高超声速进气道启动问题研究[D]. 王翼.国防科学技术大学 2008
[10]高超音速圆锥边界层的转捩预测及e-N方法的改进[D]. 苏彩虹.天津大学 2008
硕士论文
[1]超声速轴对称激波与边界层相互作用研究[D]. 刘俊林.国防科学技术大学 2013
[2]轴对称超声速混合层实验与数值模拟研究[D]. 马志成.国防科学技术大学 2012
[3]超声速后台阶湍流结构试验及其相关技术研究[D]. 陈植.国防科学技术大学 2010
[4]高超音速尖锥边界层转捩的多尺度互相关谱分析[D]. 解少飞.天津大学 2010
本文编号：3733421
【文章页数】：172 页
【学位级别】：博士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 引言
1.1 研究背景及意义
1.2 超声速/高超声速边界层转捩研究现状
1.2.1 超声速/高超声速边界层转捩研究现状
1.2.2 边界层与圆台突起物干扰流场相关研究现状
1.3 低噪声风洞研究和发展现状
1.4 高超声速钝舵流场研究现状
1.5 本文主要研究内容
第二章 实验设备及相关测试技术
2.1 低噪声超声速风洞
2.2 低噪声高超声速直连风洞
2.2.1 高超声速喷管设计和加工
2.2.2 高超声速风洞稳定段设计
2.2.3 高功率电加热器
2.3 高超声速静风洞基本情况
2.3.1 静风洞噪声来源及抑制方法
2.3.2 静风洞抽吸喷管设计
2.4 NPLS流场精细测试系统
2.4.1 非接触流动显示技术相关进展
2.4.2 NPLS流场测试系统
2.4.3 NPLS技术在低噪声高超声速风洞中的应用研究
2.5 多通道微型压力测试系统
2.6 小结
第三章 高超声速边界层转捩实验研究
3.1 平板实验模型及实验参数
3.2 高超声速平板边界层流动显示
3.2.1 高超声速光滑平板边界层流动显示
3.2.2 高超声速粗糙平板边界层流动显示
3.3 高超声速圆锥边界层流动显示实验研究
3.3.1 光滑尖锥不同攻角和雷诺数边界层流动显示
3.3.2 粗糙尖锥不同攻角和雷诺数边界层流动显示
3.3.3 钝锥边界层流动显示
3.3.4 粗糙度、攻角、钝度对圆锥边界层发展的影响的分析
3.4 小结
第四章 超声速圆台绕流实验研究
4.1 马赫3.0 圆台绕流实验研究
4.1.1 马赫3.0 超声速圆台绕流实验模型
4.1.2 层流边界层边界层与圆台相互作用流场研究
4.1.3 不同高度圆台干扰流场对比
4.1.4 基于间歇性分析的圆台尾迹对比研究
4.1.5 基于分形的圆台尾迹对比研究
4.2 马赫3.0 圆台绕流实验与高精度数值计算对比分析
4.2.1 高精度计算模拟
4.2.2 数值结果与实验结果对比分析
4.3 马赫3.8圆台绕流实验研究
4.3.1 马赫3.8超声速圆台绕流实验模型
4.3.2 湍流边界层与圆台相互作用流场研究
4.3.3 三波点高度统计分析
4.4 小结
第五章 高超声速钝舵干扰流动实验研究
5.1 实验参数和模型
5.2 有壁面边界层干扰舵面流场实验研究
5.2.1 有边界层干扰舵面前缘流场研究
5.2.2 有边界层干扰舵面根部流场研究
5.2.3 有边界层干扰舵面根部附近压力分布研究
5.3 有边界层干扰舵面展向流场研究
5.4 无壁面边界层干扰舵面流场实验研究
5.5 舵轴缝隙内部干扰流场研究
5.6 小结
第六章 总结与展望
6.1 总结与创新点
6.2 展望
致谢
参考文献
作者在学期间取得的学术成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]高超声速边界层转捩研究现状与发展趋势[J]. 陈坚强,涂国华,张毅锋,徐国亮,袁先旭,陈诚. 空气动力学学报. 2017(03)
[2]高超声速边界层感受性研究综述[J]. 江贤洋,李存标. 实验流体力学. 2017(02)
[3]高超声速翼舵干扰气动特性研究综述[J]. 李广超,王得强,高太元,蒋崇文. 飞航导弹. 2016(09)
[4]大后掠钝舵高超声速干扰特性实验研究[J]. 李素循,马继魁,郭孝国. 气体物理. 2016(03)
[5]高超声速平板边界层/圆柱粗糙元非定常干扰[J]. 潘宏禄,关发明,袁湘江,卜俊辉. 计算物理. 2015(05)
[6]粗糙物面引起的超声速边界层转捩现象研究[J]. 赵云飞,刘伟,冈敦殿,易仕和,邓小刚. 宇航学报. 2015(06)
[7]高超声速边界层转捩机理及应用的若干进展回顾[J]. 解少飞,杨武兵,沈清. 航空学报. 2015(03)
[8]高超声速边界层的转捩及预测[J]. 罗纪生. 航空学报. 2015(01)
[9]高超声速热流计算湍流模型性能评估[J]. 张翔,阎超. 北京航空航天大学学报. 2015(02)
[10]突起物及其干扰区热环境影响范围分析[J]. 潘宏禄,李俊红,张学军. 计算物理. 2013(06)
博士论文
[1]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[D]. 付佳.国防科学技术大学 2017
[2]高精度方法在激波/边界层干扰及转捩问题中的应用研究[D]. 赵云飞.国防科学技术大学 2015
[3]带后台阶超声速光学头罩流动机理及其气动光学效应试验研究[D]. 朱杨柱.国防科学技术大学 2015
[4]超声速压缩拐角流动机理及其流动分离控制的试验研究[D]. 武宇.国防科学技术大学 2015
[5]超声速壁面涡流发生器流场精细结构与动力学特性研究[D]. 王登攀.国防科学技术大学 2012
[6]超声速边界层及激波与边界层相互作用的实验研究[D]. 何霖.国防科学技术大学 2011
[7]小攻角钝锥高超声速边界层的扰动演化[D]. 刘建新.天津大学 2010
[8]高超声速钝锥边界层稳定性特征[D]. 梁贤.上海大学 2010
[9]高超声速进气道启动问题研究[D]. 王翼.国防科学技术大学 2008
[10]高超音速圆锥边界层的转捩预测及e-N方法的改进[D]. 苏彩虹.天津大学 2008
硕士论文
[1]超声速轴对称激波与边界层相互作用研究[D]. 刘俊林.国防科学技术大学 2013
[2]轴对称超声速混合层实验与数值模拟研究[D]. 马志成.国防科学技术大学 2012
[3]超声速后台阶湍流结构试验及其相关技术研究[D]. 陈植.国防科学技术大学 2010
[4]高超音速尖锥边界层转捩的多尺度互相关谱分析[D]. 解少飞.天津大学 2010
本文编号：3733421
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