一种基于PIV的超声速尾喷管推力性能重构测量技术的实验验证

作     者：田杰 徐惊雷 周骏飞 蔡乐 刘顺 

作者机构：南京航空航天大学能源与动力学院 南京航空航天大学航空航天结构力学及控制全国重点实验室 江苏大学能源与动力工程学院 

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：082502[工学-航空宇航推进理论与工程] 08[工学] 0825[工学-航空宇航科学与技术] 

基　　金：国家自然科学基金项目(No.12332018) 

主　　题：粒子图像测速 超声速流动 压力场重构 单边膨胀喷管 推力性能 

摘      要：传统的天平测力系统只能测量整体载荷而无法解耦单个部件贡献，这限制了对气动载荷背后的流动机理的探索。随着粒子图像测速技术（PIV）的发展，提出了一种基于PIV的气动载荷测量技术，通过重构压力、密度等多物理场，实现气动载荷的间接测量。但是传统的压力场重构方法应用于超声速流场时性能严重降低，限制了重构测量方法在超声速喷管中的应用。为解决上述问题，提出了一种基于流通矢量分裂（FVS）技术的超声速压力场重构方法，并建立了一套基于PIV的超声速喷管的推力性能测量方案。通过开展直连式喷管风洞PIV实验，重构了典型工况下喷管内流场的多物理场以及流量、推力、升力等气动性能参数。评估结果表明，基于FVS方法计算的重构数据拥有更高的精度以及良好的自洽性，满足流量、动量守恒规律，即使是复杂的过膨胀工况下推力和升力的相对误差仅为-1.70%和0.60%，激波后壁面压力的局部误差均低于3%，优于传统的Poisson法和空间积分法。因此，实验结果验证了基于PIV的超声速喷管推力性能重构测量方法的可行性以及高精度，可以为传统天平测力结果提供有效的数据补充。