激波風洞中高超聲速進氣道起動特性及其檢測方法研究

《激波風洞中高超聲速進氣道起動特性及其檢測方法研究》是依託中國科學技術大學，由李祝飛擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：激波風洞中高超聲速進氣道起動特性及其檢測方法研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：李祝飛
• 依託單位：中國科學技術大學

中文摘要

針對高超聲速進氣道起動特性準確和全面預報上仍然面臨挑戰，本項目以進氣道起動特性、檢測方法及流場波繫結構為主要關注點，以激波風洞為實驗平台，高速紋影拍攝同步壁面壓強測量為主要觀測技術，並結合數值模擬，通過細緻分析併合理簡化激波風洞噴管非定常起動過程的波繫結構，獲得噴管起動波系影響進氣道脈衝起動的規律。在此基礎上，合理地抑制或利用進氣道脈衝起動，發展升高實驗段初始壓強、預先設定輕質堵塊、快速回響的噴流技術等多種實驗方法，從多個方面檢測進氣道的起動特性，獲得多種檢測方法的影響因素和流動機理，評價其檢測結果的可靠性。力求在進氣道脈衝起動機理方面獲得新的認識，在進氣道起動特性檢測方法上取得新的突破，為拓展激波風洞在高超聲速進氣道研究領域的套用潛力和空間，提供基礎性的概念、理論和技術支持。本項目對於揭示進氣道起動/不起動的流動機理、預報進氣道不起動，具有重要的學術價值和工程套用意義。

結題摘要

針對激波風洞與常規風洞中高超聲速進氣道起動特性的差異，以及在激波風洞短暫的實驗時間內如何檢測進氣道自起動能力的問題，首先，通過數值模擬結合實驗，揭示了激波風洞噴管起動波系影響進氣道脈衝起動的機理，提出了簡化噴管起動波系的“解耦”模擬方法，能夠較為快捷和可靠地評估激波風洞中高超聲速進氣道的脈衝起動能力，推進了對激波風洞中進氣道起動現象的認識，協調了與常規風洞的差異；在此基礎上，驗證了升高激波風洞實驗段初始艙壓檢測進氣道自起動能力的實驗方法。然後，通過動格線數值模擬分析以及採用導軌約束堵塊做準一維滑動的激波風洞實驗，闡明了預先設定輕質堵塊檢測進氣道自起動能力的流動機理及其主要影響因素，保障了堵塊移動方式的重複性；依據堵塊在檢測過程起始階段近似做勻加速運動所建立的堵塊運動模型，能夠合理預估堵塊的堵塞時間，用於指導激波風洞實驗選擇合適的堵塊。最後，通過設計並調節隔離段橫向噴流的時序，在進氣道起動後開啟噴流，額外增加流量導致壅塞產生激波串，激波串的前傳運動受到進氣道及隔離段內背景波系的影響，及時關閉噴流使得進氣道經歷起動-不起動-再起動過程，能夠用於檢測其自起動能力；而預先開啟噴流能夠在不影響激波風洞噴管正常起動的情況下，造成進氣道不起動，也可以用於檢測進氣道的自起動能力。本項目建立並掌握了升高實驗段初始壓強、預先設定輕質滑動堵塊和隔離段橫向噴流三種套用於激波風洞中高超聲速進氣道起動特性的快捷檢測方法；在激波風洞實驗條件允許的情況下，建議採用隔離段橫向噴流檢測方法，在一次實驗中，不僅能夠評估進氣道的自起動能力，獲得進氣道起動時的實驗數據，還能觀測隔離段反壓前傳過程、喘振特性。本項目掌握的流動規律以及積累的實驗方法和經驗，拓展了激波風洞在高超聲速進氣道研究領域的套用潛力和空間，可以為高焓脈衝風洞中開展大尺度進氣道起動性能實驗，提供有價值的參考。