基于双喉道Ludwieg管风洞稳定段的匀流加热融合设计

作     者：荣国梁 杨逸帆 李创创 李志远 李学良 赵家权 吴杰 

作者机构：华中科技大学航空航天学院 布里斯托大学工程系 

出 版 物：《航空学报》 (Acta Aeronautica et Astronautica Sinica)

年 卷 期：2024年

核心收录：

学科分类：080103[工学-流体力学] 08[工学] 080104[工学-工程力学] 0801[工学-力学（可授工学、理学学位）] 

主　　题：高超声速风洞 Ludwieg管风洞 双喉道布局 稳定段加热 有效运行时间 

摘      要：双喉道Ludwieg管风洞能够有效消除由快开阀开启带来的扰动，但会导致风洞的有效运行时间大幅降低。此外，受限于快开阀的材料，Ludwieg管风洞储气段加热温度提升困难。为了解决以上问题，本文提出一种在稳定段内放置环状加热器的改进方案，以实现风洞匀流与加热的融合设计。本文首先采用非定常数值模拟的方法验证了该气动布局的可行性；然后，分析了风洞的非定常启动过程，并定量研究了风洞运行过程中不同位置处马赫数与压强的变化特征，最后探究了加热器对风洞启动过程与稳定运行流场的影响。结果表明，带有稳定段加热的双喉道Ludwieg管风洞有效运行时间可达80ms，与传统双喉道布局相比风洞的有效运行时间提高了23%。同时，当加热器温度从434K提高到1234K时，喷管出口流场核心区域马赫数的最大偏差降低了0.21%，均方根偏差降低了0.005，温度提高了约40K，有效提高了Ludwieg管风洞的实验能力。