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表面烧蚀对等离子体的影响及其与电磁场相互作用

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物理学报 2024年第11期73卷 237-250页

作者：丁明松刘庆宗江涛傅杨奥骁李鹏梅杰空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所绵阳621000

表面烧蚀显著影响高速流动中等离体子鞘分布及其与电磁场相互作用的特征.考虑高超声速飞行器表面烧蚀引射机制、烧蚀产物参与流场等离子体生成过程、含碱金属的混合电离气体导电机理和电磁动力学机制,通过耦合求解带电磁源项的三维热化... 详细信息

表面烧蚀显著影响高速流动中等离体子鞘分布及其与电磁场相互作用的特征.考虑高超声速飞行器表面烧蚀引射机制、烧蚀产物参与流场等离子体生成过程、含碱金属的混合电离气体导电机理和电磁动力学机制,通过耦合求解带电磁源项的三维热化学非平衡流动控制方程、电场泊松方程和磁矢量泊松方程,建立了含碱金属烧蚀的高速流动/等离子体/电磁场耦合计算方法,结合常见的碳碳材料和硅基酚醛树脂材料烧蚀热解过程,较为系统地开展了多种条件下表面烧蚀对高超等离子体鞘影响及其与电磁场相互作用的机制与规律研究.研究表明:烧蚀效应对流场等离子体分布的影响受烧蚀质量引射率和碱金属质量占比共同作用,当碱金属含量较高时,碱金属电离反应占主导,电子数密度可增大1—2个数量级;不同材料烧蚀对等离子体的影响存在差别,硅基酚醛树脂的烧蚀质量引射率较大,电离生成CO^(+),C^(+)的摩尔分数接近空气主要电离组分NO^(+),O_(2)^(+),其影响不容忽视;烧蚀材料中碱金属可以显著提升磁流体力学控制效果,随着碱金属占比增大,电磁场耦合作用效果增强,二者呈非线性关系;在速度较低时,纯空气本身的电离度低导致电磁场耦合作用效果弱,通过含碱金属烧蚀来提升电磁作用效果的效率更高.

关键词：电磁流动耦合烧蚀碱金属等离子体高超声速流动

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倾转旋翼机风洞试验综述

航空学报 2024年第9期45卷 21-50,I0001页

作者：张卫国唐敏武杰彭先敏章贵川聂博文王亮权李超群空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所绵阳621000

倾转旋翼机是下一代旋翼类飞行器发展的重点方向,其综合了旋翼机和固定翼飞机的优点,但也带来了更加复杂的空气动力学、结构动力学、飞行力学以及气弹耦合问题。风洞试验是认识和研究倾转旋翼机关键气动、结构和飞行问题的重要技术手段... 详细信息

倾转旋翼机是下一代旋翼类飞行器发展的重点方向,其综合了旋翼机和固定翼飞机的优点,但也带来了更加复杂的空气动力学、结构动力学、飞行力学以及气弹耦合问题。风洞试验是认识和研究倾转旋翼机关键气动、结构和飞行问题的重要技术手段,针对国内外倾转旋翼机发展过程中的大量风洞试验进行了综合研究,给出了倾转旋翼机旋翼及其翼型、旋翼/机翼气动干扰、旋翼/机翼气弹稳定性、虚拟飞行等多种类型的试验模拟准则、设备设施、典型结果及主要结论,并结合国内倾转旋翼机的研发需求,提出了国内倾转旋翼机风洞试验技术的发展建议。

关键词：倾转旋翼机风洞试验气动性能气弹耦合特性风洞自由飞试验

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可压缩边界层的入口合成湍流生成方法

力学学报 2024年第1期56卷 45-57页

作者：王天孙东郭启龙李辰袁先旭李博中国空气动力研究与发展中心空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室四川绵阳621000

在壁湍流中开展RANS-LES方法混合模拟时,入口处添加合理的湍流脉动能够缩短流场向完全湍流的发展距离,提高数值模拟精度以及节省计算资源.采用SA-IDDES方法对槽道湍流和可压缩湍流边界层开展了数值模拟研究,对比了3种较为常用的合成湍... 详细信息

在壁湍流中开展RANS-LES方法混合模拟时,入口处添加合理的湍流脉动能够缩短流场向完全湍流的发展距离,提高数值模拟精度以及节省计算资源.采用SA-IDDES方法对槽道湍流和可压缩湍流边界层开展了数值模拟研究,对比了3种较为常用的合成湍流方法对流场发展的影响,包括合成湍流生成器(STG)、数字滤波法(DFM)和合成涡方法(SEM);研究了不同合成湍流入口条件下流场壁面摩阻、流场结构、雷诺应力的发展过程,评估了各方法在壁湍流中的表现.其中在不可压槽道湍流和可压缩湍流边界层的模拟中,STG方法展现了较短的摩阻恢复距离,流场结构与雷诺应力发展相比DFM也有一定的优势.在高马赫数湍流边界层的数值模拟中,忽略热力学量脉动可能会降低合成边界层脉动恢复到物理真实脉动的速度.因此,文章进一步基于STG给出的速度脉动,在入口处通过若干强雷诺比拟方法(SRA,GSRA和HSRA)添加热力学脉动量,对比研究了对可压缩湍流边界层流场发展的影响,结果显示是否添加热力学脉动对于流场摩阻和雷诺应力发展影响较小,但对流场中的热力学量影响显著,其中GSRA下流场热力学量恢复得最快.

关键词：合成湍流入口边界条件可压缩性湍流边界层

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影响振荡射流分离控制效果的关键因素

空气动力学学报 2024年第2期42卷 56-67,I0001页

作者：孙启翔王万波黄勇王勋年潘家鑫空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心计算空气动力研究所绵阳621000

为找出影响振荡射流对流场分离控制效果的关键因素,采用典型振荡射流激励器对偏转襟翼流场施加控制,通过数值模拟分析施加控制后的流场特点,总结了射流停滞的原因和影响;并对比不同扩张段、脉冲式和扫掠式振荡射流的控制效果,总结了射... 详细信息

为找出影响振荡射流对流场分离控制效果的关键因素,采用典型振荡射流激励器对偏转襟翼流场施加控制,通过数值模拟分析施加控制后的流场特点,总结了射流停滞的原因和影响;并对比不同扩张段、脉冲式和扫掠式振荡射流的控制效果,总结了射流扫掠范围对控制效果的影响。结果表明:射流向流场中传递动量的均匀程度和扫掠范围是影响控制效果的关键因素。射流向流场中传递动量越均匀,扫掠范围越大,则控制效果越好。激励器喉道过小会抑制射流偏转,使射流在出口两侧停滞,导致射流向流场中传递动量不均匀,因此偏转襟翼两侧的控制效果好于中部;增大扩张段会增大射流扫掠范围从而改善控制效果;脉冲式激励器内的尖劈会阻挡射流扫掠至其后方,导致射流扫掠范围小,偏转襟翼中部控制效果差。

关键词：振荡射流偏转襟翼分离流动数值模拟主动流动控制

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跨声速空腔剪切层动态特征传播特性研究

实验流体力学 2024年第1期38卷 103-108页

作者：周方奇王显圣杨党国吴继飞杨可董宾中国空气动力研究与发展中心空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心高速空气动力研究所绵阳621000

开式空腔流动发生时,剪切层内旋涡运动与腔内前传声波相互作用,引发空腔自持振荡现象。针对长深比为7的开式空腔,采用脉动压力测试技术,在Ma=0.9来流条件下开展腔内剪切层动态特征试验研究,通过频谱分析和互相关分析,揭示剪切层动态特... 详细信息

开式空腔流动发生时,剪切层内旋涡运动与腔内前传声波相互作用,引发空腔自持振荡现象。针对长深比为7的开式空腔,采用脉动压力测试技术,在Ma=0.9来流条件下开展腔内剪切层动态特征试验研究,通过频谱分析和互相关分析,揭示剪切层动态特征发展机制和模态噪声传播规律。结果表明:剪切层内单调增大的宽频噪声和类余弦分布的模态噪声相互叠加,使剪切层整体动态特征呈波浪上升发展;模态噪声逆流向上行传播,其速度同样呈类余弦分布,变化趋势与模态噪声幅值保持一致。结合Rossiter模态预估理论发现:同频率的上行模态声波与下行旋涡相互作用,产生了类驻波现象,导致模态噪声功率谱密度和传播速度沿流向周期性变化。

关键词：空腔跨声速剪切层噪声传播动态特征

超声速喷流激波噪声基础问题数值模拟研究进展

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实验流体力学 2024年第1期38卷 1-27页

作者：张树海武从海罗勇韩帅斌张俊龙中国空气动力研究与发展中心空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心气动噪声控制重点实验室绵阳621000

超声速喷流问题是一个包含激波、旋涡、湍流和声波的多尺度复杂流动问题,其数值模拟方法及激波噪声产生机制是相关研究的长期热点和难点。本文简要回顾了超声速喷流激波噪声研究进展,重点介绍了针对激波噪声计算方法的非物理噪声消除技... 详细信息

超声速喷流问题是一个包含激波、旋涡、湍流和声波的多尺度复杂流动问题,其数值模拟方法及激波噪声产生机制是相关研究的长期热点和难点。本文简要回顾了超声速喷流激波噪声研究进展,重点介绍了针对激波噪声计算方法的非物理噪声消除技术和光滑因子设计准则,针对超声速喷流激波噪声研究设计的模型问题(包括旋涡–旋涡相互作用、激波–旋涡相互作用和激波–剪切层相互作用等),以及轴对称和三维超声速喷流的研究进展。本文还介绍了作者最近针对超声速喷流开展的三维直接数值模拟、实验验证工作和初步分析结果(包括轴对称模态定位、束缚波演化和摆动模态发展等)。

关键词：超声速喷流激波旋涡湍流噪声数值模拟

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不同偏流板角度的冲击射流噪声特性

船舶力学 2024年第8期28卷 1265-1276页

作者：覃晨吴松岭赵佳锡张俊龙赵鲲中国空气动力研究与发展中心空天飞行空气动力科学与技术全国重点实验室四川绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心气动噪声控制重点实验室四川绵阳621000

舰载机尾喷流冲击偏流板(挡焰板)产生高强度噪声。为研究不同偏流板角度对噪声的影响,在全消声室进行射流冲击实验。实验时收缩喷口直径D=56.4 mm,受冲击的偏流板长、宽均为600 mm,射流马赫数Ma=1.01。在偏流板角度β=45°、55°和65°... 详细信息

舰载机尾喷流冲击偏流板(挡焰板)产生高强度噪声。为研究不同偏流板角度对噪声的影响,在全消声室进行射流冲击实验。实验时收缩喷口直径D=56.4 mm,受冲击的偏流板长、宽均为600 mm,射流马赫数Ma=1.01。在偏流板角度β=45°、55°和65°条件下,利用传声器和流动显示对远场噪声和冲击流动进行观测。结果表明,不同冲击角度下壁面射流结构明显不同,总声压级及噪声辐射特性存在明显区别,随着冲击角度的增加,上游和下游极角总声压级分别出现上升和下降,β=65°时,下游总声压级最多降低7 dB,上游相应增加15 dB。流动和频谱结果表明下游主要受到后缘分离噪声影响,该噪声来自壁面射流从偏流板后缘分离产生的大尺度涡结构,低频占主导,并且互相关分析表明,偏流板角度越小,该噪声指向性越明显。上游噪声被冲击噪声所主导,虽然偏流板角度显著影响冲击噪声强度,但是相关分析表明,冲击噪声向各个极角辐射的指向性结构较为稳定。此外偏流板对边线形成低通高阻效应,边线噪声频谱最为陡峭,而且边线观测到的总声压级、频谱在不同冲击角度的差别均较小。本研究可为航母甲板噪声治理提供一定参考。

关键词：偏流板射流冲击噪声冲击角度噪声特性相关分析流动显示

高超声速飞行器多尺度耦合热效应预测研究进展

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中国科学：技术科学 2024年第7期54卷 1288-1304页

作者：杜雁霞杨肖峰肖光明刘磊魏东桂业伟中国空气动力研究与发展中心空气动力学国家重点实验室绵阳621000

随着未来临近空间高超声速飞行器更高速度、更长航时服役新需求的提出,飞行器多尺度耦合热效应日趋显著,并成为影响飞行热安全的重要因素.针对飞行器高温表面、高温结构、舱内仪器/设备等涉及的热现象,综述了多尺度耦合热效应预测方法... 详细信息

随着未来临近空间高超声速飞行器更高速度、更长航时服役新需求的提出,飞行器多尺度耦合热效应日趋显著,并成为影响飞行热安全的重要因素.针对飞行器高温表面、高温结构、舱内仪器/设备等涉及的热现象,综述了多尺度耦合热效应预测方法的研究进展.结合未来飞行器精细化、低冗余设计需求,进一步提出了后续研究的重点方向.飞行器耦合热效应研究需从关注“宏观量”拓展到关注影响内禀特性的微细观“隐变量”,跨尺度关联应注重“降尺度”与“升尺度”的协同,同时还需进一步发展弱化人工经验、消除人为边界的数理模型与自适应方法.相关研究将为飞行器热行为的精细预测及高效防护提供参考.

关键词：高超声速多尺度耦合热行为综合热效应热安全

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旋翼近水面效应影响因素

空气动力学学报 2024年第1期42卷 86-99,I0002页

作者：白兴之吴文华林泽铖范召林张代贤高福奎中国空气动力研究与发展中心跨介质飞行器研究中心绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心空天技术研究所绵阳621000 中国空气动力研究与发展中心绵阳621000

旋翼在近水面高速旋转产生的水气交混流场会引发近水面效应,为了解近水面效应对飞行器介质跨越造成的潜在风险,通过近水面与地面实验详细对比了不同直径的碳纤维旋翼桨叶在无地效、地面效应与近水面效应工况下的气动特性。研究分析了旋... 详细信息

旋翼在近水面高速旋转产生的水气交混流场会引发近水面效应,为了解近水面效应对飞行器介质跨越造成的潜在风险,通过近水面与地面实验详细对比了不同直径的碳纤维旋翼桨叶在无地效、地面效应与近水面效应工况下的气动特性。研究分析了旋翼近水面效应关键影响因素,指出了旋翼在近水面工作时拉力、扭矩与功率剧烈变化的原因,初步认识了液滴对于旋翼的作用,揭示了近水面效应影响规律:对于直径0.56 m桨叶,在高油门、低水面距离工况下,近水面效应具有非线性增升、增阻、转速降低、需用功率增大的效果;低油门、高水面距离工况下具有增升、减阻的效果;同时近水面效应又受旋翼直径、桨叶类型、转速影响。对于直径0.25 m桨叶,在不同工况下近水面效应都具有增升、减阻的效果。

关键词：近水面效应跨介质飞行器旋翼自由面地面效应液滴