高速流体力学实验-01.ppt
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1、力学实验原理与方法,高速流体力学实验,2.1 基本知识 研究对象 速度划分 流动特点 实验研究分类 主要模拟参数 主要研究内容 风洞实验主要困难 典型模拟设备 2.2 测试方法 基本构成 压力测量 热流测量 天平测力 自由飞测力 油流技术 2.3 案例分析 2.4 现代实验技术,2.1 基本知识 研究对象 飞行器:超声速飞机、战术导弹、战略导弹、 航天飞机、返回式飞船、跨大气层飞 行器; 速度划分 亚声速 M0.8 跨声速 0.8M1.2 超声速 1.2M5 高超声速 M5 流动特点 可压缩性激波声障气动力 粘性 烧蚀热障气动热 电离等离子体鞘黑障气动物理,亚声速飞行,穿越大气层飞行,高超声速
2、飞行,边界层理论,升/阻力机制,声障,跨声速理论,热障、黑障,1900,1920,1940,1960,1980,2020,2000,气体动力学的突破与航空航天技术发展,普朗特,冯-卡门,钱学森,喷气推进理论,跨/超声速飞行,张新宇,高温化学反应流动,超燃/真实气体效应,高超声速技术:新理论;新概念,新方法,新技术,M 34,国家重大需求背景,M 1,M 710,M 23,航空飞行器发展,航天飞行器发展,高超声速飞行器,空天飞行器,临近空间飞行器,2.1 基本知识 实验研究分类 真实飞行试验试飞、打靶 优点:全面考察,综合检验 缺点:费用高昂,人力、物力消耗大; 测试困难,受环境因素影响大,难以
3、细致研究。 地面模拟实验超声速风洞、高超声速风洞 优点:费用低廉,容易观测,研究方便、细致; 缺点:部分检验,形式单一,需要外推数据。 主要模拟参数(相似准则) 马赫数 M压缩性 雷诺数 Re粘性 总温T0,总压P0 主要研究内容 稳定性、操纵性:气动力(力矩),压力分布,动导数 气动加热烧蚀情况:热流分布,材料筛选 气动力(热)组合情况:气动热与气动力的耦合与相互影响 真实气体效应:气体组分,2.1 基本知识 风洞实验主要难点 工作介质需加热克服冷凝; 压力比很高风洞启动,并获得高雷诺数; 试验时间一般很短设备规模、能量和运行费用限制 典型模拟设备 暂冲型实验设备 超声速风洞 高超声速风洞
4、超燃装置 脉冲型实验设备 激波管 激波风洞-炮风洞 爆轰驱动激波风洞 特种实验设备 电弧(加热器)风洞 物理弹道靶 爆炸波模拟器,JF-10氢氧爆轰驱动高焓激波风洞 (Mach 7-20,总温 8000K,总压800 atm),JF-8A高超声速激波风洞 (Mach 6.5-15,喷管直径800mm),跨超声速激波风洞 (Mach 0.8-6,喷管直径800mm),高温低密度激波管,脉冲实验设备,超燃模型发动机实验台 (Mach 5.6, To=2000 K, m=4kg/s),直联式超燃实验台 (M=2.5, P0=1.5MPa, T0=2100K),热等离子体流动实验系统,平面激光诱导荧光
5、组分测量系统,暂冲型实验设备,2.2 测试方法 基本构成 传感器放大器数据采集系统 系统要求:传感器、放大器、采集系统高可靠性,便于使用; 并且通道数、频响、带宽、速率等满足要求,相互匹配; 发展趋势:集成化、小型化、数字化、智能化、模块化。,2.2 测试方法 基本构成 (i) 直流放大器:,优点: 全集成电路,程控放大,摈弃琴键开关和波段开关,可靠性高; 触摸开关或计算机实现操作; RS-232接口实现远程控制; 基准电压、平衡电压一键锁定,实验前数秒钟全部自动调整完毕。,主要技术指标: 电压增益:3、10、30、100、300、1000 增益精度:0.1%(G100),0.2%(G100)
6、 线 性 度:0.05% 频率响应:DC30KHz 恒 流 源:060mA连续可调 模拟网络:30节 附加放大:10倍,RC网络后 系统组成:16ch一台,18台任意组合,置于19”标准机柜内,净化电 源供电;通过RS-232接口实现远程控制。,2.2 测试方法 基本构成 (i) 直流放大器:,2.2 测试方法 基本构成 (ii) 高速数据采集系统:,AD转换,模拟开关,信号调理,缓冲存储,总线扩展,计算机,同轴电缆,放大器,放大器,优点: 采集方式:巡检并行 高速采集、慢速处理; 性价比高,为并行采集的1/41/3。 自行配套软件,根据实验特点,开发相应功能。,2.2 测试方法 基本构成 (
7、ii) 高速数据采集系统:,主要技术指标: 输入量程:20mV80V,基本量程2.5V 输入耦合:DC、AC 通 道 数:平均量32256ch,脉动量864 分 辨 率:12bit;精 度:0.1% 采样速率:1.25MHz,0.8S;(平均量2550S,脉动量0.81.6S) 采样字长:1K1M 触发方式:内部、外部、手动; 触发延迟:64K+64K。,压力分布 静态压力:P1、P4,真空度,充气压力 瞬态压力:P2、P5,模型表面压力 压力性质 平均压力:被测点平均值 脉动压力:高频分量 传感器类型 (压电、压阻、电阻应变、电容式、电感式) 压电式:量程宽,抗过载,抗冲击,寿命长,瞬态测量
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