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2021年  第35卷  第3期

2021年3期目录
2021, 35(3): .
摘要:
2020年优秀论文和优秀审稿专家
2021, 35(3): 1-1.
摘要:
结冰、防/除冰专栏
基于大型结冰风洞的航空发动机结冰与防冰试验技术
赖庆仁, 柳庆林, 郭龙, 张平涛, 易贤
2021, 35(3): 1-8. doi: 10.11729/syltlx20200067
摘要(120) HTML (76) PDF(18)
摘要:
航空发动机结冰和防冰过程复杂,数值计算无法对其进行准确模拟,因此试验研究是发动机研究过程中必不可少的手段。我国首座大型结冰风洞已具备开展飞机翼段结冰试验的能力,有必要进一步发展航空发动机结冰与防冰试验技术,以满足下一步我国航空发动机型号设计与适航取证的需求。依托3 m×2 m大型结冰风洞,发展了进气模拟技术和热气供气技术,提出了一套结冰风洞试验流程及方法,并针对某型航空发动机进气部件开展了结冰风洞验证试验。结果表明:试验可真实模拟发动机内外流耦合和压气机引气防冰状态,且提出的结冰风洞试验流程及方法合理可行,实现了试验动态过程监测及进气道内流场压力测量,为下一步我国航空发动机结冰防护系统设计与安全适航符合性验证提供了技术支撑。
随积冰历程的机翼蒙皮载荷实验研究
李钊, 杨广珺, 蒋锋
2021, 35(3): 9-15. doi: 10.11729/syltlx20200074
摘要(107) HTML (19) PDF(9)
摘要:
积冰改变了翼型的气动外形和绕流流场,使得机翼气动载荷分布产生动态变化。蒙皮作为气动载荷的承受及传递对象,会在气动载荷的动态作用下产生不同的振动响应。以某大弯度翼型为研究对象,提取了典型积冰增长过程中尾缘上下蒙皮振动特征,采用载荷谱方法研究积冰全历程的蒙皮振动及流场变化特性,并分析了不同材质的蒙皮在结冰不同阶段的响应及结构稳定性。结果表明:不同材质蒙皮对冰致脱体涡及后缘分离涡具有不同的载荷感知特性;刚性蒙皮载荷谱及其能量相对集中,柔性蒙皮载荷相对分散;随着积冰增多、冰角增长,脱体涡主频逐渐前移,冰角表面小冰枝引起宽幅高频振动;前缘脱体涡与尾迹掺混造成翼型后缘绕流载荷能量增加。
基于BP神经网络的冰形特征参数预测
柴聪聪, 易贤, 郭磊, 王俊
2021, 35(3): 16-21. doi: 10.11729/syltlx20200016
摘要(73) HTML (22) PDF(5)
摘要:
机翼结冰影响了飞机飞行的气动特性,严重时将会引起事故,对冰形特征参数进行预测对翼型气动特性研究以及后续防除冰措施具有重要的意义。本文利用BP神经网络,建立翼型冰形特征参数预测模型,并采用k折交叉验证进行网络结构选择,以气象与飞行条件作为输入,结冰极限、冰角高度和角度等冰形特征参数作为输出。结果表明:预测的冰形特征参数(除下冰角高度外)与数值结果相对误差低于5%,证明该方法具有较好的预测效果。
结冰风洞过冷大水滴粒径测量初步研究
陈舒越, 郭向东, 王梓旭, 刘森云, 吴迎春
2021, 35(3): 22-29. doi: 10.11729/syltlx20200104
摘要(48) HTML (13) PDF(12)
摘要:
过冷大水滴粒径测量方法是结冰风洞过冷大水滴云雾模拟能力的关键组成部分。为评估双通道机载式相位多普勒干涉仪(PDI-FPDR)的过冷大水滴粒径测量能力,利用标准液滴流发生器产生特定尺寸的大粒径液滴流,评估PDI-FPDR的液滴粒径测量不确定度;针对真实大粒径喷雾,同时采用Malvern粒度分析仪和PDI-FPDR测量喷雾粒径特征参数,对比评估PDI-FPDR的大粒径喷雾测量能力。结果表明:PDI-FPDR小粒径通道无法准确测量大尺寸液滴,测量结果显著小于真实液滴粒径(测量粒径189.0 μm的液滴,相对误差为-72.8%);大粒径通道可以较为准确地测量大尺寸液滴,但精度较差(测量粒径240.5 μm的液滴,相对误差为-5.1%,最大偏差50.2 μm);对于典型大粒径喷雾,PDI-FPDR小粒径通道测量中值体积直径(MVD)大于75 μm的喷雾适用性较差,大粒径通道的MVD测量值与Malvern粒度分析仪相比偏大。
综述
叶栅试验技术综述
凌代军, 代秋林, 朱榕川, 王晖, 赵建通
2021, 35(3): 30-38. doi: 10.11729/syltlx20200102
摘要(134) HTML (46) PDF(30)
摘要:
叶型设计是现代航空发动机和燃气轮机气动热力领域最基础的研究内容,叶栅试验是叶型设计方法探索、工程设计验证中经济快捷的重要工具,在现代航空发动机压气机和涡轮叶型气动设计研究中发挥了重要的作用。试验环境和条件的模拟是叶栅试验技术的核心和关键,随着叶型设计技术发展与叶型性能的进步,叶栅试验技术亟需在流场周期性、轴向密流比、三维效应、低雷诺数以及非定常效应等环境模拟方面进行拓展和完善,以便更准确可靠地获取叶型总性能的变化规律,为研究引起性能变化的流动机理和流场特征奠定基础。本文概述了叶栅试验技术发展历史,并对近年来技术研究新方向、新领域进行分析,以期为相关研究提供参考。
基础研究及应用
低旋流数旋进射流流动特性的PIV实验研究
付豪, 何创新, 刘应征
2021, 35(3): 39-45. doi: 10.11729/syltlx20200129
摘要(90) HTML (20) PDF(9)
摘要:
采用粒子图像测速技术,研究了当雷诺数Re=4.5×104时低旋流数旋进射流的流动特性。针对3种不同旋流数(S=0、0.26和0.41),对比分析了时均流向速度场、流向速度脉动强度场以及时均涡量场的变化规律。实验测量结果表明:随着旋流数的增加,流向速度大小及其脉动强度沿流向衰减加剧,而射流中心线上的速度脉动强度增强;因腔体壁面空间限制而产生的回流区向上游移动且尺度变小;外剪切层中旋涡的流向发展急剧衰减而内剪切层内的旋涡几乎不受影响。此外,结合速度谱和典型时刻的瞬态流场特征可知,旋流数增大后,旋进频率增大,而旋进现象发生的起始位置向上游移动,使得旋进偏转角度增大。
内埋武器超声速分离机弹干扰特性试验研究
董金刚, 张晨凯, 谢峰, 秦永明, 马汉东
2021, 35(3): 46-51. doi: 10.11729/syltlx20200080
摘要(44) HTML (20) PDF(7)
摘要:
在超声速条件下的机弹分离过程中,内埋武器受到载机复杂干扰流场作用,其气动特性与自由流情况有很大差异,对机弹分离安全有一定影响。采用基于并联机构构型的CTS(Captive Trajectory Simulation)试验技术以及纹影显示技术,研究了内埋弹舱布局新型战斗机与典型空空导弹模型的机弹干扰特性,在有/无载机干扰、不同分离角速度和分离高度、载弹尾舵折叠/展开等条件下,对比分析了载弹俯仰力矩/运动特性以及载机干扰流场结构。研究结果表明:在超声速条件下,典型内埋弹舱布局战斗机存在复杂的激波系结构,会对载弹产生较强的气动干扰效应,诱导载弹出现"抬头"俯仰运动趋势;无初始分离角速度时,出现不安全分离的趋势;分离高度降低,会使载弹不安全分离趋势提前;在分离过程中,尾舵折叠不利于载弹姿态控制,在保证分离安全的前提下,应尽早展开尾舵,进行姿态增稳控制。
超疏水旋转圆盘气膜层减阻的实验研究
陈正云, 张清福, 潘翀, 刘彦鹏, 蔡楚江
2021, 35(3): 52-59. doi: 10.11729/syltlx20200025
摘要(49) HTML (19) PDF(7)
摘要:
在冯卡门旋流中,对均匀超疏水表面与网纹超疏水表面在雷诺数Re~O(105)量级上的减阻性能与表面气膜状态进行了实验观测。2种超疏水表面均使用物理喷涂法在有机玻璃板上喷涂纳米疏水颗粒制备。网纹超疏水表面制备时增加了丝网掩模的步骤,因此其表面增加了毫米级网格纹理。实验结果表明:对于冯卡门旋流中的超疏水表面减阻而言,存在一个临界雷诺数Rec,当Re < Rec时,超疏水表面具有稳定的减阻效果,减阻率高达30%;当Re>Rec时,减阻效果随Re的增加快速丧失。相较均匀超疏水表面,网纹超疏水表面可以有效提高其表面附着的气膜层的动态稳定性。此外,可通过主动补气的方式有效恢复网纹超疏水表面气膜层,进而恢复减阻效果,这将为超疏水表面实现可持续的减阻提供新的技术方案。
胶囊机器人管内流场的数值模拟和实验测量
梁亮, 唐蒲华, 刘煜
2021, 35(3): 60-68. doi: 10.11729/syltlx20200145
摘要(68) HTML (27) PDF(3)
摘要:
胶囊机器人广泛应用于人体肠道的检查和治疗。根据永磁体法,设计制造了一种磁控光滑胶囊机器人。基于计算流体动力学(CFD)方法,模拟了胶囊机器人在充满黏液的管道内旋进(旋转和平移)时,其周围流体的流场(速度和涡量);利用粒子图像测速(PIV)技术测量该流场;计算了胶囊机器人以不同转速旋进时,管道内流体流场以及胶囊机器人所受到的阻力、阻力矩和周围流体的平均湍流强度等。最后,还对胶囊机器人周围流体流线的形状和分布、流体速度及涡量的分布和大小进行了实验测量。结果表明:1)随着胶囊机器人转速的增大,胶囊机器人四周和下部区域流体速度和流体涡量都略微增大,而其周围流体的流线和涡量分布规律基本相似。2)随着胶囊机器人转速的增大,胶囊机器人前进方向所受阻力矩和周围流体平均湍流强度均增大,而其前进方向所受阻力基本不变。3)实验测量到的胶囊机器人周围流体流线的形状和分布、流体速度及涡量的分布和大小与数值计算结果基本相似。
实验设备及方法
压力敏感涂料PSP宽域(1~600 kPa)静态标定方法研究
祝勇, 董哲, 彭迪, 刘应征
2021, 35(3): 69-76. doi: 10.11729/syltlx20200138
摘要(59) HTML (15) PDF(9)
摘要:
压力敏感涂料PSP是一种先进的光学测试技术。涂料的标定误差是该技术的主要误差来源之一。压敏漆的测量范围正逐步从常规压力区间向超低压和超高压拓展,因此需要开发压力调节范围大、精度高的标定系统。本文将现有的变压力法和变浓度法相结合,提出了一种新型的PSP宽域压力标定方法及系统。通过理论计算的方式,分析了该系统与ISSI公司的商用PSP标定系统的性能差异。结果表明:PSP宽域压力标定系统在低压区(1~20 kPa)标定误差能够控制在0.5 kPa范围内,性能优于ISSI标定系统;中压区(20~200 kPa)与ISSI标定系统性能趋同,误差在4%以内,且随着压力增大,误差降低;高压区(200~600 kPa)可以弥补ISSI无法标定400 kPa以上范围的不足,能实现超高压环境中的PSP标定。本文还对最常用的两种快响应PSP进行了标定实验,结果表明:本文提出的系统标定精度高,能实现PSP宽域标定。
基于发散光反射式布局的大视场显示方法研究
岳茂雄, 张弯洲, 吴运刚, 袁强, 邓维鑫
2021, 35(3): 77-82. doi: 10.11729/syltlx20200081
摘要(43) HTML (25) PDF(5)
摘要:
更大尺度风洞和试验模型以及更长射流的流场测量,对流场显示的视场尺度提出了更高要求。设计和验证两种基于发散光反射式布局的大视场显示方法,分别为反射式聚焦纹影方法和反射式阴影方法。通过改进源格栅和光源,在实验室搭建了一套反射式聚焦纹影显示装置,获得了直径约1.5 m的视场结果。视场均匀性和试验条件下的最短曝光时间表明该方法可用于大型风洞及其他场合的大视场显示。同时,为解决试验现场振动较强的测量问题,搭建了发散光反射式阴影显示装置,获得了约2.5 m长度的燃烧射流流场显示结果。最后根据发散光反射式流场显示方法的特点,开展了其在大型风洞布局的适用性评估,结果表明:该方法完全适用于大型风洞的大视场显示。
燃烧室高温燃油的密度变化特性及控制方法研究
王想义, 张磊, 张若凌, 蒋劲
2021, 35(3): 83-87. doi: 10.11729/syltlx20190162
摘要(163) HTML (24) PDF(5)
摘要:
针对燃烧室主动冷却通道高温燃油的密度变化特性进行了分析,给出了燃油温度和压力等参数的测量系统设计方法,利用能量守恒和等熵关系式设计了能够适应燃油密度大幅度变化的喷注压力调控方案。为确定燃油密度变化对调控方案的影响,在直连式燃烧试验平台开展了燃油喷注压力调控试验,试验过程中燃油测控系统工作正常,燃油喷注压力和密度大幅度变化过程与计算结果吻合较好,验证了高温燃油密度计算方法和测控方法的有效性。
基于机器学习方法的三维粒子重构技术
朱浩然, 高琪, 王洪平, 廖相巍, 赵亮, 魏润杰, 王晋军
2021, 35(3): 88-93. doi: 10.11729/syltlx20200141
摘要(74) HTML (22) PDF(21)
摘要:
通过三维粒子重构获取粒子场的分布情况是层析粒子图像测速的关键步骤,有限二维投影下的三维粒子重构是一个欠定的反问题,其精确解往往很难得到。一般情况下,可以通过优化方法得到近似解。为了获取质量更高的粒子场并用于层析粒子图像测速,提出了一种基于卷积神经网络(Convolutional Neural Networks,CNN)的粒子重构方法。所提出的技术可以从基于传统的代数重构技术(Algebraic Reconstruction Technique,ART)的方法所得到的粗略粒子分布中进一步提高粒子重构质量。与现有的基于ART的算法相比,新技术在重构质量方面有了显著的改进,可以有效剔除虚假粒子并更准确地还原粒子形状,并且在粒子浓度较稠密的情况下计算速度至少快了一个数量级。
一种两自由度全机模型阵风试验支撑装置研制
唐建平, 吴福章, 蒲利东, 曾宪昂, 张海酉, 张磊
2021, 35(3): 94-99. doi: 10.11729/syltlx20200062
摘要(36) HTML (17) PDF(6)
摘要:
全机模型风洞阵风试验不仅要求模拟飞机弹性模态,还要求模拟飞机刚体运动模态。国内现有的气弹试验钢索悬挂支撑方式和侧壁支撑方式不能满足全机模型阵风试验支撑需求。为此,在中国空气动力研究与发展中心低速空气动力研究所8 m×6 m风洞中研制了一套两自由度支撑装置。该装置可提供模型沉浮和俯仰方向较大的运动自由度,以模拟飞机刚体运动模态。装置主体采用"双滑轨+钢梁"结构形式,支撑结构左右对称;沉浮运动范围达到2.8 m,沉浮运动摩擦系数达到0.006;俯仰运动范围达到±10°;安装50 kg模型后,支撑频率不低于12 Hz;对风洞试验段的结构改动可以忽略。通过结构和材料优化措施,使得滑动小车质量控制在6 kg以内。利用该装置成功完成了一期全机模型两自由度阵风载荷减缓试验,验证了该装置的实用效果。

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《实验流体力学》编辑部

2021年8月13日