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2017年  第31卷  第2期

综述进展
高超声速边界层感受性研究综述
江贤洋, 李存标
2017, 31(2): 1-11. doi: 10.11729/syltlx20160129
摘要(66) HTML (47) PDF(5)
摘要:
高超声速边界层感受性是边界层转捩预测与控制的关键环节,其对高超声速飞行器研究至关重要。目前关于高超声速边界层感受性的实验研究仍然十分匮乏,为了更好地理解高超声速边界层感受性过程并指导该领域的实验研究,文章梳理了近20年来国际上高超声速边界层感受性问题的研究内容,包括对自由流扰动和壁面扰动的感受性,并主要介绍了Fedorov的前缘感受性理论和模态转化机制。最后总结了自由流扰动中感受性的不同发展路径。
MEMS微传感器应用基础研究专栏
底层隔板法壁面剪应力测量技术研究与发展
马骋宇, 马炳和, 邓进军, 周梓桐, 张晗
2017, 31(2): 13-18. doi: 10.11729/syltlx20170010
摘要(30) HTML (18) PDF(0)
摘要:
介绍了机械式底层隔板测量流体壁面剪应力的基本原理。重点阐述了基于微机电系统(MEMS)的微型底层隔板的集成化结构及其工作原理,介绍了其研究发展及测试应用情况。最后,简要分析了常规剪应力微传感器在高温测试方面的弊端,并结合已有高温摩阻测试研究,提出了未来壁面剪应力测量技术的发展方向。
壁面剪应力标定方法研究综述
严宇超, 姜澄宇, 马炳和, 薛晓晗, 罗剑
2017, 31(2): 20-25. doi: 10.11729/syltlx20170007
摘要(30) HTML (19) PDF(0)
摘要:
流体壁面剪应力的标定是实现该类传感器测量的前提。本文介绍了目前主要的3种壁面剪应力静态标定方法和2种动态标定方法,研究了剪应力基准发生原理、标定装置组成及适用范围。归纳总结了各类标定方法的优势与缺点,为壁面剪应力传感器标定方法的合理选择提供参考。
热敏式壁面剪应力微传感器技术研究进展
孙宝云, 马炳和, 邓进军, 姜澄宇
2017, 31(2): 26-33, 43. doi: 10.11729/syltlx20170022
摘要(42) HTML (17) PDF(6)
摘要:
基于MEMS技术的热敏式微传感器为壁面剪应力的测量提供了重要手段。本文介绍了国内外热敏式壁面剪应力微传感器技术的研究发展现状,重点从硅基和柔性聚合物基2种结构角度,对其工作原理以及不同热敏式微传感器的结构、关键工艺和性能测试进行了分析。
MEMS梁膜结构流量传感器设计与实现
陈佩, 赵玉龙, 田边
2017, 31(2): 34-38. doi: 10.11729/syltlx20170001
摘要(36) HTML (17) PDF(1)
摘要:
流量是工业检测重要参数之一。流量检测技术随着微机械电子系统(MEMS)技术的发展与应用,向着小型化、高精度、智能化的方向发展。基于MEMS技术设计了一种梁膜结合的压差式流量传感器结构,分析了其基本工作原理,采用硅微加工工艺对传感器进行了流片加工,然后对封装完成的传感器样机进行了气流和水流静态性能测试。气流测试灵敏度为0.3508mV/(ms-12,测试基本精度为0.5885%FS;水流测试灵敏度为41.5241mV/(ms-12,测试基本精度为0.9323%FS。结果表明,所设计传感器具有较高的灵敏度与基本精度,从而能完成流量信号的检测。
MEMS热膜式壁面剪应力传感器微弱信号检测
孙海浪, 田于逵, 金磊, 张璇, 谢华
2017, 31(2): 39-43. doi: 10.11729/syltlx20170016
摘要(27) HTML (11) PDF(0)
摘要:
MEMS热膜式壁面剪应力传感器的输出信号是带有基础电压的微弱电压信号,无法通过放大器直接放大的方法实现高精度测量。文章提出在输出信号放大前增加信号平衡环节,在保留有效信号的前提下减小基础电压,再通过放大的方法实现其高精度测量,有效解决了MEMS热膜式壁面剪应力传感器微弱信号检测的难题。文章介绍了MEMS热膜式壁面剪应力传感器微弱信号检测的技术方案、关键技术、测试检验及试验应用实例。
耐高温动态压力传感器与实验分析研究
热合曼·艾比布力, 王鸿雁, 薛方正, 黄琳雅, 皇咪咪, 于明智, 赵立波
2017, 31(2): 44-50. doi: 10.11729/syltlx20170028
摘要(31) HTML (18) PDF(0)
摘要:
采用微机械电子系统(Micro Electro-Mechanical Systems,MEMS)和硅隔离(Silicon on Insulator,SOI)技术制作出了量程为25MPa的倒杯式耐高温压阻力敏芯片,敏感电阻条与硅基底之间采用二氧化硅隔离,解决了在大于120℃高温下力敏芯片工作稳定性和可靠性的难题。设计了齐平式机械封装结构,避免了管腔效应影响,提高了传感器的动态响应频率。对研制出的耐高温动态压力传感器进行了静态性能和动态性能的标定实验,静态实验温度为250℃,得到了传感器基本性能参数,分析了传感器的不确定度,得出该传感器的基本误差为±0.114%FS(Full Scale,全量程),不确定度为0.01794mV,计算得到了传感器的热零点漂移和热灵敏度漂移指标,由动态性能实验得到传感器的响应频率为555.6kHz,实验表明所研制的MEMS压力传感器在高温下具有良好的精度和固有频率。
基础研究及应用
电加热圆管内流动的自然转捩过程研究
张若凌, 乐嘉陵
2017, 31(2): 51-60. doi: 10.11729/syltlx20150024
摘要(12) HTML (9) PDF(2)
摘要:
分析了在一个电加热圆管内的自然转捩流动和对流传热。对于圆管内的流动,提出在径向脉动速度不随流动模式变化的假设下,自然转捩流动是充分发展的层流与湍流流动按照比例的合成。采用合成比例来描述该合成流动,合成比例在转捩区间会发生振荡。根据最小熵产生准则得到自然转捩发展演化的方程,其中转捩发展演化的控制因素,是合成比例的振荡。给出了一个与测量结果一致的合成比例的振荡函数,包括圆管内转捩过程的传热实验测量和速度及其脉动统计特性的实验测量。指出圆管内层流向湍流的转捩过程,可以与热力学平衡系统的连续相变过程进行比较,并且在电加热圆管内的流体,其速度和温度可以有相似和独立的转捩演化过程。
气泡推进型中空Janus微球运动特性的实验研究
张静, 郑旭, 王雷磊, 崔海航, 李战华
2017, 31(2): 61-66. doi: 10.11729/syltlx20160152
摘要(36) HTML (16) PDF(1)
摘要:
本文通过Pt-SiO2型(铂-二氧化硅型)中空Janus微球在低浓度2%~4% H2O2溶液中的气泡驱动实验,观察到在每个气泡生长-溃灭周期内,Janus微球的运动呈现3个特征阶段,分别为自扩散泳、气泡生长和气泡溃灭。其中气泡溃灭阶段微球在射流驱动下的推进速度可达每秒几十毫米,比前2个阶段的平均速度大2~3个数量级。实验观察到气泡生长阶段其半径与时间存在Rb~t1/3Rb~t1/2两种标度率。由于气泡在Janus微球催化剂表面(Pt侧)的生长点偏离对称轴位置,Janus微球的运动轨迹呈圆周形。随H2O2溶液浓度的增加,还可以进一步提高Janus微球的运动速度。此研究不仅定量分析了Janus微球的运动特性,而且为实际应用中提高Janus双面微马达的运动速度和能量利用率提供了参考依据。
围压对高压水射流冲击压力影响规律
李敬彬, 李根生, 黄中伟, 宋先知, 贺振国
2017, 31(2): 67-72. doi: 10.11729/syltlx20160074
摘要(22) HTML (14) PDF(0)
摘要:
高压水射流在油气资源钻探与增产领域应用日益广泛。但在井下作业时,射流一般处在很高的围压环境中,围压究竟对射流结构和能量传递有何影响是长期困扰着钻井领域的重要问题之一。通过围压水射流冲击压力测试装置,测得了不同围压条件下轴线冲击压力及射流压力。研究发现:憋压加载围压条件下,当围压小于喷嘴流量系数平方倍射流压力时,射流压力基本不变;围压较大时,射流压力随围压线性增加;围压对1倍喷距内的高压射流冲击压力基本没有影响;无因次射流轴向水力静压与无因次围压的3.3次方成正比,随无因次喷距线性增加,但当无因次围压超过阀值(0.6~0.7),水力静压将随围压线性增加;无因次轴线冲击压力与无因次围压的0.15次方成反比,而随无因次喷距线性减小,但超过阀值后基本不变。本研究可为钻井水力参数设计、冲砂洗井等井下作业提供一定参考。
HIFiRE项目中气动/推进一体化高超声速飞行器设计研究
邓帆, 叶友达, 焦子涵, 刘辉
2017, 31(2): 73-80. doi: 10.11729/syltlx20160125
摘要(5) HTML (9) PDF(1)
摘要:
美澳通过HIFiRE项目在高超声速飞行器的气动、推进和控制等领域进行了深入探索,并对一体化设计有动力飞行器的高速性能进行了评估。以单项验证、步步推进的系列飞行试验方式,对乘波体布局以及不同动力方式开展原理研究,结合飞行试验对设计状态进行验证,取得一系列有价值的飞行数据和阶段性成果。通过梳理气动/推进一体化过程中相关飞行试验,提炼出总体设计中的关键技术和试验结论,并对有动力飞行器的发展趋势作了分析。研究显示发生转捩的单位雷诺数范围在3×106~4×106之间,适应小迎角高升力特点的乘波体与超燃冲压发动机的组合成为优选方案,所取得的成果为带超燃冲压发动机高速飞行器总体方案设计提供了一定的参考。
临近空间低速飞行器风速仪研制及其在低温低压风洞中的标定试验
张石玉, 付增良, 赵俊波, 高清, 钱儿
2017, 31(2): 81-85, 103. doi: 10.11729/syltlx20160137
摘要(23) HTML (16) PDF(1)
摘要:
本文介绍了一种新型临近空间低速飞行器风速测量装置。风速仪基于旋转测压旋杆、增加测压旋杆两端测压探头动压的原理设计,在临近空间环境和超低动压条件下具有较高的风速测量精度。在中国电子科技集团公司第二十一研究所的临近空间环境模拟风洞中开展了低温低压低风速测量标定试验,试验来流速度范围为5~14m/s。试验结果表明,测量的动压信号与正/余弦函数拟合结果一致性较高,压差测量值的相对量可信度较高。此外,压差幅值信号与来流风速成线性关系,通过线性拟合的方法获得风速仪的测量标定模型。
实验设备及方法
电弧加热器湍流平板试验流场计算分析
罗跃, 周玮, 杨鸿, 陈卫
2017, 31(2): 86-92. doi: 10.11729/syltlx20160088
摘要(16) HTML (9) PDF(0)
摘要:
近年来新发展的变迎角方法增加了电弧加热器湍流平板试验的可控参数,大幅提升了试验模拟能力,但同时也增加了状态调试的复杂性。本文基于FLUENT软件,采用CFD方法分析了不同试验工况下的流场特性。通过与典型试验状态的测试数据比较,验证了计算方法的有效性,定量地给出不同弧室压力和模型迎角条件下校测平板表面主要气动热参数分布,结合流场激波反射、干扰和附面层分离等现象,总结分析了试验控制参数的影响规律,并根据研究结果提出了试验的基本原则。
低速风洞固定地板附面层控制实验研究
汤伟, 陈立, 王辉, 张平涛
2017, 31(2): 93-97. doi: 10.11729/syltlx20160066
摘要(30) HTML (17) PDF(1)
摘要:
在飞机起降和车辆的风洞试验中,通常采用固定地板来模拟地面,但固定地板附面层的存在对试验数据产生了不可忽略的影响。因此,需要采取一定措施控制地板表面上的附面层影响。采用附面层吸除方法对于中国空气动力研究与发展中心8m×6m低速风洞的大面积地板来说效果较好、可行性高。研制了含有可单独控制的48个吸气单元共192个吸气孔的地板,集成了以水环真空泵组为基础的真空吸气和控制系统。在70m/s的风速下,通过试验获得了10种地板分布式吸气控制方案对地板附面层厚度的影响规律,得到了将附面层厚度控制在30mm的最佳吸气控制方案。在最佳控制方案下,测量得到风洞流场气流偏角为-0.14°,验证了附面层厚度不受地板在风洞中安装高度的影响。最后,采用C919飞机模型完成了吸气地板和不吸气地板的对比试验,得出在迎角8°以上,吸气地板使C919飞机试验获得的升力系数减小,阻力系数增加,俯仰力矩增加。
战斗机进气道非定常性能试验技术
巫朝君, 聂博文, 孔鹏, 卢翔宇
2017, 31(2): 98-104. doi: 10.11729/syltlx20160027
摘要(18) HTML (10) PDF(2)
摘要:
Φ3.2m风洞研制了基于双力矩电机同步驱动的机动进气道试验装置,模拟战斗机快速俯仰等机动过程和进气道不同工作条件,建立了战斗机进气道非定常性能试验方法。通过验证试验研究了战斗机模型快速俯仰机动过程中进气道性能变化的基本规律,获得了进气道动态周向畸变、紊流度等部分流场畸变参数的变化特性,验证了战斗机进气道低速风洞非定常性能试验技术的可行性。

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《实验流体力学》编辑部

2021年8月13日