实验流体力学

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张海翔, 何枫, 张锡文, 郝鹏飞

2020, 34(4): 1-8. doi: 10.11729/syltlx20200036

摘要(200) HTML (177) PDF(17)

摘要:
通过实验研究了超声振动曲面上液滴碰撞的动力学行为。对边缘飞溅、表面飞溅以及毛细波、空化和子液滴回弹等复杂物理现象的产生机理和条件进行了分析，得到了超声振动曲面上发生边缘飞溅的临界曲线，并发现由于气动力的作用，超声振动曲面上发生边缘飞溅的临界超声振幅要小于平面情况。利用图像处理技术得到了不同条件下超声振动曲面对碰撞液滴的驱离效率以及飞溅液滴的尺寸分布。实验结果表明：碰撞液滴的驱离效率随振动曲面超声振幅的增大而增大，且呈线性增长；在高速碰撞中，碰撞速度几乎不影响超声振动曲面的液滴驱离效率；随着超声振幅的增加，飞溅液滴的平均尺寸增加。通过常温液滴与过冷液滴的碰撞实验对比，发现温度对超声振动曲面上液滴的动态碰撞过程影响较小。在过冷条件下，液滴驱离效率会略低于常温条件下，但仍能够持续有效地将液滴驱离表面，从而抑制冰层的增厚，说明超声振动曲面具有防水防冰的应用潜能。

仿生水下探测器试验研究

刘佳俊, 李子焱, 任海刚, 刘应征, 温新

2020, 34(4): 9-15. doi: 10.11729/syltlx20190102

摘要(197) HTML (105) PDF(13)

摘要:
水下探测器广泛运用于海洋工程装备中，是船舶、潜艇等感知水下环境的主要设备。目前常用的传感器有着探测距离短、消耗功率高、信噪比不足等缺陷，应用受到较大限制。长期以来，仿生学研究为海洋工程装备的设计提供了大量的创新灵感。研究发现，海洋生物中的海豹在水下的捕食和避险等行为依赖于其胡须的特殊结构对水下环境进行感知。本文通过对海豹胡须结构的研究，仿制了海豹胡须型水下探测器，通过水槽试验验证了其水中目标探测能力。在试验中，针对角度、来流速度和探测目标位置等不同工况进行了研究，通过探测器收集到的信号的频谱分析，掌握了海豹胡须型探测器的工作规律。

高频射流噪声测量及修正方法研究

张俊龙, 雷红胜, 赵昱, 李杰

2020, 34(4): 16-21. doi: 10.11729/syltlx20190103

摘要(252) HTML (117) PDF(10)

摘要:
为了提高射流远场噪声高频测量的精度，基于严格的射流噪声模拟试验装置，采用试验测量的方法，对影响射流噪声高频测量的因素进行了系统研究。具体研究包括传声器指向性、传声器频率响应特性、传声器保护罩、传声器本底噪声以及空气吸声效应等因素对射流噪声高频测量的影响。对各影响量进行了试验对比及量值分析，给出了射流噪声高频测量及修正的建议和方法。通过试验对比研究，给出了射流噪声远场测量边界的建议。

低矮建筑标模风荷载的主动湍流模拟试验研究

胡尚瑜, 李秋胜, 张明

2020, 34(4): 22-29. doi: 10.11729/syltlx20190157

摘要(183) HTML (125) PDF(6)

摘要:
采用主动与被动湍流相结合的方法，在阵风风洞中模拟了不同湍流强度和湍流积分尺度的流场，开展了1：50低矮建筑标准模型测压试验研究。针对气流分离再附流动作用下的屋面中轴线区域和锥形涡作用下的屋面角部边缘区域，着重分析了不同来流湍流强度和顺风向湍流积分尺度影响下的风压变化规律。研究结果表明：湍流强度对气流分离作用下的迎风屋面屋檐区域以及锥形涡作用下的屋面角部边缘区域的平均风压系数、脉动风压系数和峰值负压系数均有显著影响；而湍流积分尺度对这些区域的平均风压系数影响甚微，脉动风压系数和峰值负压系数(绝对值)随湍流积分尺度的增大而有所增大。

直升机漂浮特性试验技术研究

江婷, 焦俊, 唐彬彬, 王冠, 孙钢

2020, 34(4): 30-35. doi: 10.11729/syltlx20190078

摘要(197) HTML (121) PDF(5)

摘要:
为了保证直升机在水上迫降后可提供足够的漂浮时间供人员撤离，在其设计和研发阶段就应对漂浮特性进行深入广泛的研究。以某直升机背景机型为研究对象，开展了基于应急浮囊的直升机漂浮特性试验技术研究，重点考察了浮囊刚度、试验约束条件和浪向对直升机漂浮特性的影响。结果表明：规则波条件下的直升机运动响应呈现出典型的周期性变化，当浮囊采用柔性材料时，能一定程度削弱直升机的波浪响应，有利于直升机维持在波浪水面上的稳定漂浮；当模型在水面自由漂浮时，柔性浮囊相对刚性材料也能更好地辅助直升机避开极易导致倾覆、翻转的最不利浪向——横向波浪；相对带约束条件的模型试验，自由漂浮状态的试验结果更接近实际的直升机状态。在开展模型试验时，应综合上述特点制定合理可行的研究方案。

端部条件和展弦比对矩形断面节段模型气动力特征的影响

温青, 池俊豪, 华旭刚, 王修勇, 孙洪鑫

2020, 34(4): 36-43. doi: 10.11729/syltlx20190088

摘要(209) HTML (181) PDF(9)

摘要:
端部条件和展弦比是风洞试验节段模型设计的2个重要因素。为了研究端部条件和展弦比对节段模型气动力特征的影响，开展了不同端部条件和不同展弦比的宽高比5：1矩形断面刚性节段模型静态测压风洞试验。研究结果表明：(1)端部条件和展弦比共同影响着节段模型上流场展向分布。(2)当模型长度大于2倍端部影响区间的长度时，模型上气动力在展向呈现等腰梯形分布；当模型长度小于2倍端部影响区间的长度时，模型上气动力在展向呈现等腰三角形分布。节段模型设计时应重视模型展弦比，合适的展弦比能获得更可靠的结果。

Tomo-PIV亚跨声速风洞应用探索

李晓辉, 王宏伟, 张淼, 黄湛

2020, 34(4): 44-52. doi: 10.11729/syltlx20190061

摘要(236) HTML (118) PDF(24)

摘要:
层析粒子图像测速技术(Tomographic Particle Image Velocimetry，Tomo-PIV)是将PIV技术和计算机断层诊断技术(CT)相结合的一种瞬时三维流场速度测量技术，能够定量获取流场的三维结构。通过对该技术的研究，实现了其在亚跨超声速风洞的应用，并进行了超临界翼型小肋减阻的试验验证。基于中国航天空气动力技术研究院FD-12亚跨超声速风洞，设计了体光源和相机等硬件设备的布局方案，解决了示踪粒子的均匀播撒问题，测量了Ma=0.6条件下的自由来流流场，并与PIV测试结果进行对比，两者数据吻合较好，验证了Tomo-PIV的测量精度。针对超临界翼型OAT15a，测量了翼型表面分别贴附光滑薄膜和顺流向对称V形小肋薄膜后翼型尾缘后方的三维速度场。对比发现，贴附小肋薄膜后尾缘后方流场的马赫数增大，说明小肋能够减小翼面摩擦阻力，具有一定的减阻效果。

温敏漆校准及图像后处理方法研究

刘祥, 熊健, 马护生, 周强, 陈柳生, 王红彪, 黄辉, 陈植

2020, 34(4): 53-61. doi: 10.11729/syltlx20190054

摘要(281) HTML (96) PDF(28)

摘要:
涂料校准误差是温敏漆实验技术中的重要误差源。针对国产615/EP配方温敏漆实施校准实验，系统研究了校准过程中涉及的CCD曝光时间，图像平均幅数，噪点的强度、体积和数量，图像清晰度和模数转换位数等技术参数对校准精准度的影响。研究结果表明：噪点的强度、体积和数量对涂料校准精准度影响很大。在噪点数量少、强度弱的取图区域中，图像清晰度对校准精准度影响很小，单幅图像即可保证校准精准度的要求。为了获得较高的校准精准度，对于滨松ORCA-R2型CCD相机，建议采集图像灰度值大于相机满井值的32%，同时要求温敏漆风洞实验与校准实验中采集图像的位数保持一致。

旋转导弹模型非定常表面压力测试技术研究

肖恒, 顾蕴松, 孙之骏

2020, 34(4): 62-67. doi: 10.11729/syltlx20190100

摘要(265) HTML (158) PDF(30)

摘要:
为了获得旋转导弹模型表面复杂的压力变化，设计了一套嵌入式无线压力测量系统，该系统能够以1 kHz的采样频率对8个压力通道进行同步采集。该绝对压力测量系统的量程为30 PSI，静态测量误差小于5/10 000；在连接10 cm的测压软管后，系统的动态延迟小于1.16 ms，信号幅值衰减小于1%。利用该嵌入式的无线测压系统，在高速风洞中开展了模型表面压力测试，对旋转导弹模型的关键区域多点的表面压力进行了测量，获得了表面压力的动态特征。结果表明：所提出的非定常表面压力测试技术可同步多点测量旋转导弹模型表面压力，为开展相关旋转模型气动特性风洞试验提供了一种有效的非定常表面压力测试手段。

0.6 m连续式跨声速风洞轴流压缩机布局方案研究

陈吉明, 雷鹏飞, 廖达雄, 郑娟, 丛成华, 王仪田

2020, 34(4): 68-73. doi: 10.11729/syltlx20190034

摘要(173) HTML (88) PDF(12)

摘要:
压缩机作为连续式跨声速风洞的驱动系统，其运转性能与风洞总体性能的匹配设计是风洞研制的关键技术之一。随着大型连续式跨超声速风洞的发展，压缩机研制呈现出运转功率大和运转效率高、调节范围宽和调节精度高等鲜明特点。基于0.6 m连续式跨声速风洞的研制，对大型跨声速风洞轴流压缩机的布局方案进行研究。从气动性能、结构设计、控制等方面对压缩机位置布局和方案布局进行了分析，并阐述了风洞压缩机一体化设计的重要性。在压缩机布置于第一、二拐角段之间的前提下，通过压缩机性能试验，验证了电机外置两端驱动方案、多台电机同步控制方案和压缩机内流道整流技术等的可行性。风洞调试结果表明，压缩机运行性能良好，各项指标均满足设计技术要求，为大型连续式跨声速风洞建设奠定了基础。

进气道风洞试验分布式流量调节技术研究与试验验证

李方吉, 赵清, 樊建超, 贾霜, 荣祥森, 郭民

2020, 34(4): 74-80. doi: 10.11729/syltlx20190022

摘要(170) HTML (92) PDF(11)

摘要:
分布式流量调节将风洞试验中的进气道出口后的流动转化为多个区域的流动，通过调整导流片组合之间的相对位置，改变导流片组合之间不同区域的流通面积，实现流体流量的调节。利用商业软件对节流锥流量调节与测量装置简化模型和分布式流量调节与测量装置简化模型进行了数值模拟，并在FL-24风洞对分布式流量调节方法进行了验证。研究结果表明：分布式流量调节具有较高的流通能力和调节效率，能够有效降低流量调节与测量装置的外形尺寸；进气道喘振前，分布式流量调节与节流锥调节的试验结果一致性较好；分布式流量调节分解了调节装置对上、下游流动的干扰，特别是对上游流动均匀性基本没有影响。

旋转导弹风洞动态测力试验技术研究

董金刚, 金佳林, 李广良, 秦永明, 马汉东

2020, 34(4): 81-86. doi: 10.11729/syltlx20190119

摘要(319) HTML (148) PDF(28)

摘要:
常规风洞静态气动力测量技术无法得到旋转导弹的非定常气动特性数据，需要研究在风洞中模拟旋转导弹运动特征以及对气动力实现动态测量的试验技术。在1.2 m量级超声速风洞中，研究了大长细比导弹模型旋转运动主动控制技术以及与旋转运动对应的动态测量试验技术。采用旋转导弹模型（长细比为20）对建立的试验技术进行了风洞试验验证。结果表明：采用微型驱动系统并对旋转组件与导弹模型进行一体化设计，可以对大长细比导弹模型转速进行稳定控制；建立的风洞动态测力试验技术可以对导弹模型旋转运动下的动态数据进行测量，试验数据重复性精度良好。

稳态焓探针的优化设计与试验验证

朱新新, 隆永胜, 石友安, 杨庆涛, 周平, 赵顺洪

2020, 34(4): 87-93. doi: 10.11729/syltlx20190062

摘要(310) HTML (150) PDF(15)

摘要:
针对高超声速飞行器地面防热试验高精度总焓测量需求，研制了一种带热防护罩的稳态焓探针。基于能量平衡原理设计了稳态焓探针测量系统，采用有限元方法分析了焓探针采样管长度、壁厚以及冷却水流向、流量对焓值测量误差的影响，优化设计了焓探针的隔热结构和水气流量。在电弧加热器流场中开展了验证试验，结果表明：该稳态焓探针参数设计合理且隔热结构性能良好，重复性精度优于2.6%，与驻点热流Fay-Riddell法比较，最大偏差为13.0%。

基于图像处理的低速横流中液体射流轨迹提取方法研究

兰天, 孔令真, 陈家庆, 王奎升

2020, 34(4): 94-101. doi: 10.11729/syltlx20190089

摘要(218) HTML (104) PDF(13)

摘要:
为研究低速横流条件下不同工况液体射流破碎的轨迹特征和影响因素，采用高速摄像仪拍摄射流破碎图像，结合图像处理技术提出针对低速横流情况下液体射流破碎弯曲轨迹的提取方法。该方法首先采用直方图均衡化对灰度化后的原始图像进行增强处理，然后利用最佳直方图熵法（KSW法）及传统遗传算法对图像进行二阈值分割，最后结合Sobel算子和凸包算法对射流轮廓进行检测提取以获得射流轨迹的数据点集。对不同工况下典型射流破碎模式的轨迹提取及非线性拟合结果表明，所提出的方法能够准确提取液体射流轨迹，实现低速横流作用下不同破碎模式的轨迹提取，并且通过非线性拟合得到的射流破碎经验公式可以准确预测射流弯曲轨迹。

气液两相流压差波动信号的混沌特性及Volterra自适应短期预测研究

潘慧, 李海广, 吴晅

2020, 34(4): 102-108. doi: 10.11729/syltlx20190077

摘要(241) HTML (116) PDF(7)

摘要:
以空气和水为工质，在直径3.0 mm的水平圆管通道内进行压差波动信号实验研究。根据压差波动信号图及高速工业相机拍摄的流型图，结合相空间重构、Lyapunov指数判别法对压差波动信号进行混沌动力学分析，在其基础上对压差波动信号进行Volterra自适应短期预测。结果表明：混沌分析得到的吸引子图可以更准确地展现管道内气液两相流的流动特性；Volterra自适应短期预测模型可以有效地对管道内气液两相流的压差时间序列进行短期预测，对环状流、层状流、间歇流、段塞流的压差时间序列预测的相对误差分别为1.86%、0.71%、3.90%、2.49%。

留言板

2020年第34卷第4期

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