短周期传热风洞气动特性模拟与控制方法研究

论文摘要

本文对带引射系统的下吹风式暂冲型跨超声速传热叶栅风洞进行了设计原理分析和各主要组成部分的气动特性计算，对风洞系统的控制系统进行了分析，该文为以后进行风洞实验和风洞调试提供了方便，并且对以后类似风洞的设计有重要参考意义。 本文参考了多种国外的类似风洞文献，根据风洞的结构将风洞分为气源、管路段、实验舱段、引射器段、消声器段进行讨论。对风洞气源储气容积、储气压力和压缩空气干度的确定、压缩空气温度和供气系统方案进行了规划设计；详细分析了阀门的节流特性与调压原理，以及直管、弯管、三通的压力损失计算方法；对实验舱段的大开角气动特性和实验段内气动参数进行了计算；还包括对实验段与引射器段主流掺混过程的气动计算和对引射器工作原理、工作特性、临界特性的分析。 确定了实现在规定的时间内完成对叶栅进气压力、叶栅实验马赫数和引射压力的控制方案；确定了采用多喷嘴引射器作为风洞的排气抽气引射器。 最后采用数值模拟方法对C3X和MarkⅡ导向叶片的气动特性和换热特性进行数值计算，并与实验结果进行了对比。结果表明：无论是通过理论分析、实验研究还是计算机模拟来彻底认识湍流都非常困难；在尚无普适性较好的湍流模型的情况下，研究在不同计算域采用不同湍流模型的计算技术，是一种较好的可行的方案。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 绪论
• 1.1 风洞在空气动力学研究及飞行器设计中的地位
• 1.2 国内外发展概况
• 1.3 几种典型的短暂跨声速风洞
• 1.3.1 激波风洞和膨胀波风洞
• 1.3.2 等熵轻活塞风洞
• 1.3.3 短暂吹风风洞
• 1.4 本文的主要工作
• 第一章 短周期传热风洞设计中的问题和气流性能要求
• 1.1. 影响风洞的设计的相似准则
• 1.2. 风洞设计的气动要求
• 第二章 风洞的气动设计
• 2.1. 风洞气源
• 2.1.1 储气罐气体容积和气体压力
• 2.1.2 储气罐放气过程气体下降与控制
• 2.2. 进气管路段
• 2.2.1 压力调节阀设计计算
• 2.2.2 三通管路和拐角计算
• 2.2.3 直管计算
• 2.3 实验舱段
• 2.3.1 大开角段
• 2.3.2 整流段
• 2.3.3 实验段
• 2.4 引射器段
• 2.4.1 引射器工作原理
• 2.4.2 影响引射器性能的因素
• 第三章 风洞主要结构
• 3.1 风洞系统主要结构
• 3.1.1 风洞结构简介
• 3.1.2 风洞的设计条件
• 3.2 进气管道段
• 3.2.1 压力调节阀设计
• 3.3 实验舱段
• 3.3.1 大扩开角段
• 3.3.2 实验段
• 3.4 引射器段
• 3.4.1 引射器喷嘴
• 3.5 消声器段
• 3.5.1 消音片结构
• 第四章 风洞控制系统设计
• 4.1 风洞运行参数控制
• 4.1.1 风洞控制参数
• 4.1.2 参数调节机构的驱动方式
• 4.1.3 参数控制系统设计
• 4.1.4 马赫数和稳定段总压调节器设计
• 4.2 风洞控制的实现
• 4.2.1 风洞的控制原理图
• 4.2.2 实现叶栅入口压力的控制
• 4.2.3 控制硬件系统
• 4.3 风洞系统调试结果与程序计算结果
• 4.3.1 调压阀阀后压力理论计算
• 4.3.2 引射器计算
• 第五章 对实验模型数值模拟
• 5.1 计算模型及壁面处理方法
• 5.1.1 控制方程
• 5.1.2 湍流模型
• 5.1.3 近壁面处理方法
• 5.2 实验件的设计方案
• 5.3 计算叶片
• 5.3.1 网格划分及验证
• 5.3.2 边界条件
• 5.3.3 离散方法与方程求解
• 5.4 计算结果及对比分析
• 5.4.1 压力计算的比较与分析
• 5.4.2 换热计算的比较与分析
• 5.5 小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 发表文章
• 致谢