高速流体力学实验(1).ppt

力学实验原理与方法
高速流体力学实验
整理课件
基本知识
① 研究对象
② 速度划分
③ 流动特点
④ 实验研究分类
⑤ 主要模拟参数
⑥ 主要研究内容
⑦ 风洞实验主要困难
⑧ 典型模拟设备
测试方法
① 基本构成
② 压力测量
③ 热流测量
④ 天平测力
⑤ 自由飞测力
⑥ 油流技术
案例分析
现代实验技术
整理课件
基本知识
① 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；
② 速度划分
亚声速 M≤
跨声速 ≤M≤
超声速 ≤M≤5
高超声速 M≥5
③ 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
整理课件
亚声速飞行
穿越大气层飞行
高超声速飞行
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
整理课件
M 3~4
国家重大需求背景
M <1
M 7~10
M 2~3
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
整理课件
基本知识
④ 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。
⑤ 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
⑥ 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
整理课件
基本知识
⑦ 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
⑧ 典型模拟设备
暂冲型实验设备
超声速风洞
高超声速风洞
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
整理课件
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 -15，喷管直径800mm)
跨－超声速激波风洞
（Mach -6，喷管直径800mm）
高温低密度激波管
脉冲实验设备
整理课