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高焓激波风洞有效试验时间的诊断

航空学报 2015年第11期36卷 3534-3539页

作者：汪球赵伟余西龙姜宗林中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190

高焓激波风洞能够产生模拟高马赫数飞行条件的气流总温,是研究高温真实气体效应以及再入物理问题的有效试验装备,但是激波风洞的试验时间较短,且随着气流焓值的提高大幅降低,仅为几毫秒,因此试验测试数据曲线中有效时间段的分辨十分重要... 详细信息

高焓激波风洞能够产生模拟高马赫数飞行条件的气流总温,是研究高温真实气体效应以及再入物理问题的有效试验装备,但是激波风洞的试验时间较短,且随着气流焓值的提高大幅降低,仅为几毫秒,因此试验测试数据曲线中有效时间段的分辨十分重要,它直接影响到试验结果的可靠性及精度。鉴于此,采用压力测量、静电探针测量、非接触光学测量和热流测量的方式,针对中国科学院力学研究所JF-10高焓激波风洞16 MJ/kg总焓、7 700K总温的流场状态,对比研究了风洞喷管的起动时间以及有效测试时间。试验结果表明:静电探针测量方法最为有效地分辨了喷管起动时间段、有效试验时间段以及驱动气体的到达;JF-10高焓风洞在16 MJ/kg的状态下,喷管起动时间约为1.3ms,风洞有效试验时间约为2ms。

关键词：高焓激波风洞有效试验时间爆轰驱动静电探针压力

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基于高温真实气体效应的双锥磁流体流动控制

航空学报 2022年第S2期43卷 79-91页

作者：罗凯汪球李进平赵伟中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

磁流体流动控制作为一种主动流动控制技术,通过外加磁场影响强激波后的等离子体流场运动,可有效改善高超声速飞行器的气动性能。通过数值模拟方法研究不同磁感应强度、磁体位置对双锥模型绕流流动结构及流场内关键参数分布的影响机理和... 详细信息

磁流体流动控制作为一种主动流动控制技术,通过外加磁场影响强激波后的等离子体流场运动,可有效改善高超声速飞行器的气动性能。通过数值模拟方法研究不同磁感应强度、磁体位置对双锥模型绕流流动结构及流场内关键参数分布的影响机理和规律。结果表明偶极子磁场下随磁感应强度增加,逆流向洛伦兹力始终主导流场内的三波点位置、分离区大小及壁面热流和压力的峰值状态,同时洛伦兹力的存在还将改变激波后电子密度分布;磁体位置前移时,洛伦兹力的分量及峰值位置的变化会导致其对分离激波的作用加强,这有利于进一步控制分离区结构及壁面热流和压力的分布。

关键词：磁流体流动控制双锥流动高温真实气体效应洛伦兹力

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激波风洞7°尖锥边界层转捩实验研究

北京航空航天大学学报 2020年第11期46卷 2087-2093页

作者：栗继伟卢盼汪球赵伟中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

高超声速边界层转捩对摩阻、传热等有重要影响,飞行器的研制迫切希望能精确预测和控制边界层转捩。在JF8A激波风洞中开展了7°半锥角的高超声速尖锥边界层转捩实验研究,利用响应频率达到1 MHz量级的高频压力传感器对尖锥壁面脉动压力进... 详细信息

高超声速边界层转捩对摩阻、传热等有重要影响,飞行器的研制迫切希望能精确预测和控制边界层转捩。在JF8A激波风洞中开展了7°半锥角的高超声速尖锥边界层转捩实验研究,利用响应频率达到1 MHz量级的高频压力传感器对尖锥壁面脉动压力进行了测量,并结合热流测量结果,研究了高超声速尖锥边界层中扰动波的发展过程。实验结果表明:JF8A激波风洞在雷诺数为6.4×10^6/m状态下核心流的自由流噪声为2.8%;高频脉动压力测量技术能清晰地捕捉转捩过程中的第二模态波及其发展历程,试验状态下模型的第二模态波频率范围为165~206 kHz。当前研究结果能够为高超声速数值方法验证提供数据支撑。

关键词：激波风洞高超声速边界层转捩尖锥第二模态波

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高焓激波风洞喷管流场非平衡特性研究

空气动力学学报 2015年第1期33卷 66-71页

作者：汪球赵伟滕宏辉姜宗林中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190

高焓激波风洞是开展高超声速流动研究的重要地面模拟设备,但其产生的高焓气流在喷管中的膨胀过程是一种典型的热化学非平衡流动,试验段特征参数通过直接实验测量难以完全确定。本文通过求解耦合双温度模型的轴对称Navier-Stokes方程,研... 详细信息

高焓激波风洞是开展高超声速流动研究的重要地面模拟设备,但其产生的高焓气流在喷管中的膨胀过程是一种典型的热化学非平衡流动,试验段特征参数通过直接实验测量难以完全确定。本文通过求解耦合双温度模型的轴对称Navier-Stokes方程,研究了高焓激波风洞中典型状态下气流的热化学非平衡流动特性,分析了焓值对非平衡特性的影响规律。结果表明,喷管出口自由流均匀区域达到出口截面直径的75%以上,能够为实验提供足够的空间;喷管出口自由流处于热化学非平衡状态,在喷管喉道后约1/5喷管长度处气流即已处于冻结流状态,组分浓度和振动温度随气流流动基本不变;焓值在8.4MJ/kg^19.5MJ/kg之间变化时,非平衡程度随着焓值的增加而增强,但是低焓值时非平衡程度的增强更加剧烈。

关键词：爆轰驱动非平衡焓值激波风洞

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高超声速MHD球头激波脱体距离理论求解

力学学报 2021年第9期53卷 2493-2500页

作者：李逸翔汪球罗凯李进平赵伟中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

高超声速飞行器强激波后高温气体形成具有导电性的等离子体流场,电离气体为磁场应用提供了直接工作环境,磁流体流动控制技术利用外加磁场影响激波后的离子或电子运动规律,这可以有效改善高超声速飞行器气动特性.激波脱体距离作为高超声... 详细信息

高超声速飞行器强激波后高温气体形成具有导电性的等离子体流场,电离气体为磁场应用提供了直接工作环境,磁流体流动控制技术利用外加磁场影响激波后的离子或电子运动规律,这可以有效改善高超声速飞行器气动特性.激波脱体距离作为高超声速磁流体流动控制较为直观的气动现象,受到研究者重点关注;磁场添加后激波脱体距离发生变化,其变化幅度直接反映磁控效果,然而基于高超声速磁流体流动控制的相关理论模型较少,需要进一步发展.本文基于低磁雷诺数假设和偶极子磁场分布的条件,通过对连续方程沿径向积分以及对动量方程采用分离变量的方法,推导了高超声速磁流体流动控制下的球头激波脱体距离解析表达式.理论分析结果表明,激波脱体距离随着磁相互作用系数的增加而变大;随着来流速度的增加,磁相互作用系数变为影响激波脱体距离大小的主要因素.本文理论模型可以达到快速评估磁控效果的目的,对高超声速磁流体流动控制实验方案设计和结果分析具有一定的指导意义.

关键词：高超声速磁流体动力学激波脱体距离流动控制

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基于高温气体效应的磁流体流动控制研究进展

力学学报 2021年第6期53卷 1515-1531页

作者：罗凯汪球李逸翔李进平赵伟中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

高超声速飞行器强激波后高温气体形成具有导电性的等离子体流场,电离气体为磁场应用提供了直接工作环境.磁流体控制技术利用外加磁场影响激波后的离子或电子运动规律,可有效地改善高超声速飞行器气动特性,在飞行器气动力操控和热环境管... 详细信息

高超声速飞行器强激波后高温气体形成具有导电性的等离子体流场,电离气体为磁场应用提供了直接工作环境.磁流体控制技术利用外加磁场影响激波后的离子或电子运动规律,可有效地改善高超声速飞行器气动特性,在飞行器气动力操控和热环境管理等方面均具有广阔的应用前景;同时,超导材料及电磁技术的发展又重新推动了这一领域的研究热潮.虽然国内外在高超声速磁流体流动控制领域已开展了一些研究工作,但其实验研究依然极具挑战,且由于实验条件及测量技术等限制,其压力、热流等参数的测量并没有得出较为系统的结论,因此需要对影响脱体激波距离、热流、压力变化的规律及机理进行深入研究;同时,数值模拟方法和理论分析也亟待可靠的实验数据来对其进行验证.本综述调研和讨论了基于高温真实气体效应的磁流体流动控制技术研究,主要针对磁流体流动控制的试验技术、数值模拟、理论方法以及流动控制的主要研究方向等进行了总结,并对其发展趋势进行了讨论和展望.

关键词：高超声速高温真实气体效应磁流体动力学流动控制气动力/热

高超声速电离绕流中电子密度的静电探针测量方法研究(英文)

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实验流体力学 2013年第6期27卷 64-69,85页

作者：汪球赵伟余西龙姜宗林中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190

高焓激波风洞是开展高超声速电离绕流研究的重要地面模拟设备。在中科院力学所JF-10高焓风洞上通过新的破膜技术获得了稳定运行的试验状态,利用施加高频扫描电压的静电探针来探索模型边界层内的电子密度测量方法研究。为解决高频扫描时... 详细信息

高焓激波风洞是开展高超声速电离绕流研究的重要地面模拟设备。在中科院力学所JF-10高焓风洞上通过新的破膜技术获得了稳定运行的试验状态,利用施加高频扫描电压的静电探针来探索模型边界层内的电子密度测量方法研究。为解决高频扫描时线路由于RC特性所带来的噪音干扰问题,针对测试环境发展了新的探针电路。结果表明:新型探针电路大大降低了线路干扰噪音,能够有效测量模型边界层内的电子密度分布规律。

关键词：静电探针电子密度高超声速高焓激波风洞

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传感器安装对平板气动热测量精度的影响

北京航空航天大学学报 2021年第9期47卷 1790-1798页

作者：罗凯汪球栗继伟李进平赵伟中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 中国科学院大学工程科学学院北京100049

对高超声速飞行器来说,气动热的准确预测是其合理选择防热材料及热结构设计的重要依据,但目前在激波风洞试验中气动热的高精度测量仍较为困难,热流的测量精度受到诸多非理想因素的影响,但传感器安装对热流测量精度的影响却鲜见研究。选... 详细信息

对高超声速飞行器来说,气动热的准确预测是其合理选择防热材料及热结构设计的重要依据,但目前在激波风洞试验中气动热的高精度测量仍较为困难,热流的测量精度受到诸多非理想因素的影响,但传感器安装对热流测量精度的影响却鲜见研究。选取平板模型来研究传感器非理想安装对气动热测量精度的影响,针对不同的传感器安装偏差(凸出或凹入模型表面0.1~0.5 mm),分析不同雷诺数下传感器安装对气动热测量精度的影响规律及机理。研究结果表明:传感器安装对气动热测量精度有较大影响,凸出安装会导致热流测量结果偏大,而凹入安装则会导致测量结果偏小,热流偏差会随着安装偏差的增大而增大,且高来流雷诺数下传感器非理想安装所引起的热流误差更大;以边界层当地厚度对凹凸程度无量纲化,非理想安装带来的测量偏差只与该无量纲参数相关。研究结果能够为气动热测量的实验方案设计及测量误差分析提供一定的理论指导。

关键词：平板气动热安装精度雷诺数边界层

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高焓流动中电子密度的静电探针测试技术研究

中国科学：技术科学 2016年第5期46卷 500-508页

作者：汪球黄建栋聂春生赵伟余西龙中国科学院力学研究所高温气体动力学国家重点实验室北京100190 中国运载火箭技术研究院空间物理重点实验室北京100076

高焓激波风洞能够产生模拟高马赫数飞行条件的气流总温,是研究高温气体效应以及通讯中断问题的有效地面试验设备.本文在JF-10高焓激波风洞总焓16 MJ/kg、总温7900 K的高超声速试验气流状态下,采用能够获得足够空间分辨率且不影响流场结... 详细信息

高焓激波风洞能够产生模拟高马赫数飞行条件的气流总温,是研究高温气体效应以及通讯中断问题的有效地面试验设备.本文在JF-10高焓激波风洞总焓16 MJ/kg、总温7900 K的高超声速试验气流状态下,采用能够获得足够空间分辨率且不影响流场结构的针状探针,发展了静电探针测试技术并对10°尖劈模型流场进行了电子密度测量.试验结果表明:研制的探针能够获得模型流场空间电子密度分布规律且具有较好的测量重复性;恒定偏压方法能够获得耦合流场参数的无量纲电子密度,而发展的新型高频扫描电路能有效降低扫描电路中的干扰噪音,提高测量的精度,获得定量电子密度值.

关键词：高焓激波风洞电子密度静电探针