高超音速流場粒子圖像測速示蹤機理研究與套用

《高超音速流場粒子圖像測速示蹤機理研究與套用》是依託華中科技大學，由楊華擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：高超音速流場粒子圖像測速示蹤機理研究與套用
• 項目類別：面上項目
• 項目負責人：楊華
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

高超音速流場測量是研製空天飛機、高超音速飛行器、巡航彈道飛彈等國家重大戰略裝備的基礎，粒子圖像測速（Particle image velocimetry，簡稱PIV測量）是高超音速流場的全場非接觸測量的有效方法，粒子示蹤機理是影響高超音速流場PIV測量精度的最為關鍵因素。現有低速粒子的示蹤機理無法適用於高超音速、非定常、高度非均勻流場的PIV高精度測量，已成為制約我國高性能PIV測量儀器自主研發的瓶頸。本項目擬建立高溫、高壓、高超音速狀態下粒子的動力學和光散射性模型，提出粒子流動跟隨性與可測量性的判斷依據，揭示高超音速流場PIV測量粒子示蹤機理，綜合最佳化設計粒子的形狀、尺寸、材料和密度等參數，研究納米級固體示蹤粒子可製造性，提升高超音速流場PIV測量精度，在空天飛機、高超音速飛行器等重大戰略裝備風洞試驗的高超音速流場PIV測量中驗證套用，具有十分重要的理論意義和套用價值。

結題摘要

高超音速流場測量是研製空天飛機、高超音速飛行器、巡航彈道飛彈等國家重大戰略裝備的基礎，粒子圖像測速（Particle Image Velocimetry，簡稱PIV測量）是高超音速流場的全場非接觸測量的有效方法，粒子示蹤機理是影響高超音速流場PIV測量精度最為關鍵的因素。現有低速粒子的示蹤機理無法適用於高超音速、非定常、高度非均勻流場的PIV高精度測量，已成為制約我國高性能PIV測量儀器自主研發的瓶頸。本項目建立高溫、高壓、高超音速狀態下粒子的動力學和光散射性模型，提出粒子流動跟隨性與可測量性的判斷依據，揭示高超音速流場PIV測量粒子示蹤機理，綜合最佳化設計粒子的形狀、尺寸、材料和密度等參數，研究納米級固體示蹤粒子可製造性，自主研製兩代適用粒徑範圍0.2~0.3微米（TiO2，SiO2，Al2O3粉末）、濃度可用閥門調節的流化床式固體粒子發生器。本項目所研製的第二代流化床固體粒子發生器在中國空氣動力研究與發展中心5Ma高速風洞中進行示範套用，實現了探月返回艙、超燃衝壓發動機進氣道、某型號高超音速飛彈尾翼噴射等國防重大工程裝備風洞實驗PIV高時空解析度定量測量。本項目主要研究成果：在PIV領域Exp in Fluids、MST頂級SCI期刊和ISPIV2017頂級國際學術會議上，共發表SCI收錄論文18篇，EI收錄論文7篇；申請國家發明專利13項，其中8項已授權；研製了兩代高超音速固體粒子發生器；培養8名博士研究生、20名碩士研究生。研製的粒子發生器提升了高超音速流場PIV測量精度，在空天飛機、高超音速飛行器等重大戰略裝備風洞實驗的高超音速流場PIV測量中驗證套用，具有十分重要的理論意義和套用價值。