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空气动力学学报 2023年第1期41卷 39-48,85页

作者：黄冉冉张成键李创创徐冰慧许多龙袁先旭吴杰华中科技大学航空航天学院武汉430074 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

高超声速风洞是研究高超声速空气动力学关键问题的重要手段,但是常规高超声速风洞建设和运行成本偏高,不利于深入开展高超声速飞行器部分空气动力学基础问题研究。本文以低成本研究型高超声速风洞设计为目标,基于ludwieg管设计原理,开... 详细信息

高超声速风洞是研究高超声速空气动力学关键问题的重要手段,但是常规高超声速风洞建设和运行成本偏高,不利于深入开展高超声速飞行器部分空气动力学基础问题研究。本文以低成本研究型高超声速风洞设计为目标,基于ludwieg管设计原理,开展了Φ0.5 m口径马赫数6高超声速ludwieg管的气动设计。首先采用数值手段对储气段、快开阀以及Laval喷管设计进行了分析,重点关注了采用弯曲储气段的ludwieg管风洞非定常启动过程,之后使用皮托耙和皮托管等对风洞实验段的自由来流进行了初步校测。结果表明,采用快开阀主控的ludwieg管高超声速风洞可以获得良好的流动品质,弯曲储气段虽然会影响膨胀波系的传播强度,但对其传播速度以及风洞的流场品质影响不大;风洞初步校测的数据显示,该风洞的来流马赫数分布品质优良,且来流压力脉动幅值低于德国与美国同类管风洞。该研究为设计低成本、大口径、研究型高超声速风洞提供了参考,可服务于高超声速空气动力学关键气动问题的实验研究。

关键词：高超声速风洞 ludwieg管风洞设计风洞调校

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一种采用双弯管储气段布局的高超声速ludwieg管设计

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空气动力学学报 2022年第4期40卷 90-100页

作者：赵家权司马学昊黄冉冉熊有德余涛吴杰华中科技大学武汉430074

高超声速ludwieg管风洞是开展高超声速空气动力学研究的重要平台之一。但是常规ludwieg管风洞采用长直储气段,对试验场地需求较大,一定程度上阻碍了基础研究型高超声速试验平台的建设。针对该问题,开展了一种双弯管储气段布局的高超声速... 详细信息

高超声速ludwieg管风洞是开展高超声速空气动力学研究的重要平台之一。但是常规ludwieg管风洞采用长直储气段,对试验场地需求较大,一定程度上阻碍了基础研究型高超声速试验平台的建设。针对该问题,开展了一种双弯管储气段布局的高超声速ludwieg管气动设计,重点研究了采用双弯管储气段布局的高超声速ludwieg管风洞非定常启动过程以及弯管储气段布局对管风洞流场的影响,并基于新建成的Φ0.25 m马赫数6高超声速ludwieg管风洞进行了试验验证。结果表明,试验数据与数值预测一致,在合理设计ludwieg管弯管与储气段直径比的前提下,膨胀波系在储气段的行进会产生微弱的总压波动,但其对风洞自由来流的影响基本可以忽略不计。

关键词： ludwieg管风洞设计双弯储气管高超声速

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双喉道气动布局对ludwieg管风洞的流场影响研究

双喉道气动布局对Ludwieg管风洞的流场影响研究

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作者：李志远华中科技大学

学位级别：硕士

常规ludwieg管风洞为提高运行效率,通常在储气段和Laval喷管之间采用快开阀,用于控制高低压气体的分离,但是快速阀门对来流的扰动直接影响到了高超声速ludwieg管试验段的流场品质。针对以上问题,本文探索了一种新型高超声速ludwieg管气... 详细信息

常规ludwieg管风洞为提高运行效率,通常在储气段和Laval喷管之间采用快开阀,用于控制高低压气体的分离,但是快速阀门对来流的扰动直接影响到了高超声速ludwieg管试验段的流场品质。针对以上问题,本文探索了一种新型高超声速ludwieg管气动布局的可行性,在常规ludwieg管的基础上引入额外的一段引流Laval喷管和稳定段,可以在一定程度上改善风洞的流场品质。本文的主要工作包括:（1）通过理论分析的方式,研究双喉道气动布局的ludwieg管风洞的基本工作原理,得出其流场启动和稳定时间可能较长的结论。（2）通过数值模拟和实验相结合的方式,对双喉道启动布局对风洞的启动时间影响进行了研究。首先,通过数值模拟研究了双喉道气动布局ludwieg管风洞的启动过程;随后开展了喉道面积比和稳定段长度对风洞启动时间的影响研究;最后选取数值模拟中优化参数进行实验设计,通过压力传感器、皮托耙和纹影图像等实验数据验证了数值模拟结果。（3）通过数值模拟和实验相结合的方式,在稳定段中不加入任何阻尼材料的情况下,研究双喉道气动布局对风洞流场品质的影响。首先,通过数值模拟的方式研究双喉道气动布局对ludwieg管风洞流场品质的影响;随后,通过皮托耙测量风洞试验段中马赫数分布,通过皮托探头测量试验段中自由来流的皮托压力脉动,研究双喉道气动布局对风洞静态和动态流场品质的影响。总的来说,这种新型双喉道气动布局在常规ludwieg管的气动布局中引入了稳定段,可以在不改变设计马赫数的前提下,改善了流场品质,同时风洞稳定运行时间也满足实验需求,且总压损失较小,此外通过更换第二段Laval喷管就可以将风洞扩展到更大马赫数。该研究证实了采用引流喷管喉道截面积大于主流喷管喉道截面积的双喷管ludwieg管设计可行性,可以用于常规ludwieg管风洞流场品质的改进。

关键词： ludwieg管高超声速风洞实验双喉道流场品质

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基于ludwieg管的高超声速边界层转捩实验

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气体物理 2021年第5期6卷 51-61页

作者：黄冉冉司马学昊成江逸赵家权吴杰华中科技大学航空航天学院湖北武汉430074

高超声速边界层层/湍流转捩是高超声速飞行器气动力和气动热设计中的难点和热点问题.为了降低开展高超声速边界层不稳定性与转捩实验研究的门槛,研究基于ludwieg管原理设计并建造了一座Mach 6高超声速管风洞,重点对ludwieg管风洞的启动... 详细信息

高超声速边界层层/湍流转捩是高超声速飞行器气动力和气动热设计中的难点和热点问题.为了降低开展高超声速边界层不稳定性与转捩实验研究的门槛,研究基于ludwieg管原理设计并建造了一座Mach 6高超声速管风洞,重点对ludwieg管风洞的启动和运行过程开展了数值模拟,分析了储气段弯管布局对试验段流场的影响;之后,对该高超声速风洞的自由来流品质进行了静态和动态的标定,验证了风洞的设计Mach数,并给出了流场的动态扰动特征;最后,基于7°半张角尖锥标模开展了高超声速边界层转捩实验,通过表面齐平式安装的高频PCB传感器获得边界层不稳定波,分析了高超声速边界层不稳定波的演化特征.以上工作表明,ludwieg管相对常规高超声速风洞具有建设和运行成本低、运行效率高、流场品质好等优点,适合开展高超声速边界层转捩等基础实验研究.

关键词：高超声速风洞边界层转捩 ludwieg管不稳定性转捩测量

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双喉道ludwieg管风洞稳定段设计

双喉道Ludwieg管风洞稳定段设计

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第十二届全国流体力学学术会议

作者：李志远朱畅吴杰张振辉袁先旭陈坚强华中科技大学航空航天学院中国空气动力研究与发展中心

高超声速ludwieg管风洞建设和运行成本较低、流场重复性好,适合开展高超声速实验基础研究。然而,常规ludwieg管风洞为了提高运行效率,通常在储气段和Laval喷管之间采用快开阀,用于控制高低压空气的分离,但是快速阀门对来流的扰动直接影... 详细信息

高超声速ludwieg管风洞建设和运行成本较低、流场重复性好,适合开展高超声速实验基础研究。然而,常规ludwieg管风洞为了提高运行效率,通常在储气段和Laval喷管之间采用快开阀,用于控制高低压空气的分离,但是快速阀门对来流的扰动直接影响到了高超声速ludwieg管风洞试验段的流场品质。采用双喉道的气动布局,常规ludwieg管风洞的基础上引入额外的第一段Laval喷管和稳定段,一定程度上可以解决上述问题。然而相较常规高超风洞,ludwieg管风洞一般运行时间较短,给双喉道ludwieg管风洞的稳定段设计带来了挑战。本文基于华中科技大学φ0.25m ludwieg管风洞进行了双喉道气动布局改建,如图1所示,进一步对稳定段和阻尼材料进行设计;通过在快速阀门和稳定段中使用壁面压力传感器测试压力,并在试验段中使用安装有Kulite传感器的皮托探头测试试验段激波后压力和压力脉动,重点研究了稳定段内不同阻尼材料对风洞启动过程以及流场品质的影响。结果显示,在稳定段中安装常规高超风洞使用的阻尼材料几乎不影响双喉道ludwieg管风洞的运行时间,也几乎不引入额外的压力损失(如图2所示),但通过在稳定段设置阻尼材料可以较大程度的提高ludwieg管风洞的流场品质(如图3所示),来流的Pitot压力脉动由1.08%降低到了0.46%。

关键词： ludwieg管高超声速风洞双喉道布局阻尼材料流场品质

来源： cnki会议评论

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Φ0.6 m低噪声实验平台马赫6流场校测和尖锥不稳定波测量

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实验流体力学 2024年

作者：黄刚雷张振辉李志远涂国华袁先旭吴杰王喜超吴迪空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室华中科技大学航空航天学院

地面实验是空气动力学研究的重要手段之一，湍流/转捩实验对风洞设备流场品质要求高。空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室基于ludwieg管设计原理，采用大口径快速开启阀门（简称快开阀）技术，建设了Φ0.6 m口径、适合开展湍流/... 详细信息

地面实验是空气动力学研究的重要手段之一，湍流/转捩实验对风洞设备流场品质要求高。空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室基于ludwieg管设计原理，采用大口径快速开启阀门（简称快开阀）技术，建设了Φ0.6 m口径、适合开展湍流/转捩机理研究的低噪声高速实验平台（简称SKLA-TT1）。本文首先简要介绍了SKLA-TT1的组成，重点介绍了大口径快开阀的启动过程，实验测得快开阀的启动时间约为19 ms；之后使用皮托耙和皮托探头对SKLA-TT1实验段的自由来流进行校测。结果表明，实验平台有效运行时间约为130 ms，并且采用快开阀主控的ludwieg管实验平台可以获得良好的流场品质；流场校测数据显示，来流马赫数分布品质优良，且在单位来流雷诺数8.0×10～6～25.0×10～6/m范围内，自由来流压力脉动幅值为0.36～0.56%，达到了低噪声水平，适用于开展高速湍流/转捩等空气动力学关键基础科学问题的实验研究。尖锥模型压力脉动实验结果显示，边界层中存在高频第二模态扰动，第二模态沿着流向先不断增长，然后逐渐消失并出现湍流特征。

关键词：高速 ludwieg管流场校测尖锥实验

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非定常流中水的非平衡相变

非定常流中水的非平衡相变

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中国力学学会学术大会'2009

作者：罗喜胜程万 M.E.H.van Dongen 中国科技大学近代力学系

通过对水非平衡相变的成核过程、液滴增长过程、液滴蒸发过程和去核化过程进行综合分析,结合Hill的矩方法,建立了用于伴随非平衡相变可压缩流动的物理模型,并在此基础上发展了两套数值方法(ASCE2D方法和CESE方法),提供了数值和理论研究... 详细信息

通过对水非平衡相变的成核过程、液滴增长过程、液滴蒸发过程和去核化过程进行综合分析,结合Hill的矩方法,建立了用于伴随非平衡相变可压缩流动的物理模型,并在此基础上发展了两套数值方法(ASCE2D方法和CESE方法),提供了数值和理论研究的平台。

关键词：非平衡相变脉冲膨胀管 ludwieg管 CESE方法

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