高超声速飞行器壁面催化效应会导致激波层中原子在壁面处复合释热,加剧周围气动热环境。针对高超声速流动壁面催化特性,选择不同飞行马赫数及高度条件,采用完全催化和非催化两种条件对球锥模型壁面热流率进行数值模拟计算,研究壁面催化效应对气动热的影响规律。结果表明,固定飞行高度时,壁面催化效应对气动热的影响随马赫数增加而加强,Ma=25条件下驻点处完全催化与非催化热流比值高达1.92;固定飞行马赫数时,在50 km高空以上壁面催化效应对气动热的影响随高度增加而减弱;壁面催化效应不仅会影响壁面附近的流场特性及组分分布状态,而且对整个激波层都有一定的影响作用。

两级入轨(two stage to orbit,TSTO)飞行器在高超声速来流条件下级间分离,会在两级之间产生复杂的非定常气动干扰,直接增加TSTO级间分离失败风险.级间分离过程中的这种复杂气动干扰伴随着两级之间的激波与边界层干扰、马蹄涡、激波与尾流干扰的综合作用.本文将TSTO助推级和轨道级的复杂模型简化为两个三维楔,采用重叠动网格技术,耦合求解流动控制方程及六自由度刚体动力学方程组对级间分离过程开展模拟分析,探究级间分离流动特性及其物理机制.在数值分析过程中,针对不同抬升角度下的TSTO三维流场进行了静态和动态数值模拟,给出了不同抬升角度下的干扰流场流动规律和特性,结合流场结构和壁面压力分布以及分离流动模式阐明了两级之间这种气动干扰对TSTO气动分离的影响机制,并探讨了轨道级抬升角对TSTO安全分离的影响.结果表明两级间的气动干...

高精准度气动力测量是激波风洞试验中的关键技术。在开展测力试验时,测力系统在风洞流场起动瞬间的冲击激励下产生振动,但振动信号无法在较短的有效试验时间内快速衰减,导致天平输出信号中耦合了惯性干扰。基于深度学习技术,对激波风洞天平信号在频域内开展数据处理,并针对动态信号的频域特征进行卷积神经网络建模分析,旨在消除测力信号中的惯性干扰。在频域模型训练样本和验证样本的结果分析中,天平信号的大幅惯性振动干扰被消除,达到预期的结果,验证频域建模分析方法的有效性和可靠性。此外,对处理结果进行误差分析,进一步验证该方法在激波风洞天平数据处理中具有较好的工程应用价值。

风洞天平是气动试验中用于测量作用在模型上的空气动力载荷(力与力矩)的大小、方向和作用点的装置,测量结果的精准度与天平的静态校准性能直接相关,天平的静态校准是通过校测设备建立天平测量信号与所受气动载荷的映射关系。由于多分量风洞天平的各个分量间存在相互干扰,并且通常二次干扰和组合干扰会出现非线性特性,采用线性拟合方法会产生一定的误差,使得风洞天平静态校准性能因受到数据处理方法(线性拟合)的局限而较难进一步提高。因此,为了进一步提升应变天平静态校准的性能,本文探索深度学习方法在风洞天平静态校准中的应用。利用中国科学院力学研究所风洞天平校准系统AiBCS,对六分量应变天平开展基于卷积神经网络的静态校准研究,采用深度学习训练模型代替传统风洞天平校准公式并获取更高性能指标。同时,对人工智能建模...

高焓风洞及其试验技术是助力人类进入高超声速飞行时代的基石,近年来取得了长足的进展。本文首先重点介绍了四种典型驱动模式的高焓风洞,即直接加热型高超声速风洞、加热轻气体驱动激波风洞、自由活塞驱动激波风洞和爆轰驱动激波风洞。通过这些代表性风洞的介绍,讨论了相关风洞的理论基础和关键技术及其长处与不足。由于高超声速高焓流动具高温热化学反应特征,风洞试验技术研究还包含着针对高焓特色的测量技术发展。本文介绍了三种主要测量技术:气动热测量技术、气动天平技术和光学测量技术。这些技术是依据常规风洞试验测量需求而研制的,又根据高焓风洞的特点得到了进一步的改进和完善。最后对高超声速高焓风洞试验技术发展做了简单展望。

高温真实气体效应、黏性干扰效应和尺度效应等高超声速流动特性突破了实验气体动力学传统的流动相似模拟准则,使得高超声速流动现象超出了经典气体动力学理论能够准确预测的范围。如何利用地面风洞试验数据预测天上的飞行状态,即天地相关性问题,成为制约新型高超声速飞行器研制与发展的关键性科学问题。本文概述了天地相关性的最新研究进展,并重点介绍了多空间相关理论与泛函智能优化关联方法。多空间相关理论认为,从更高维度空间视角看,不同风洞的试验结果都是内在相关的,而飞行试验可视为理想的风洞试验,所以地面风洞试验数据间的关联规律包含了天地相关性问题。泛函智能优化关联方法基于风洞群(能模拟不同参数区段的不同类型风洞)的试验数据,在泛函空间中利用专业化智能学习算法,从高维度的全参数空间出发,进行降维和自适...

高焓条件气动力测量试验对高超声速飞行器气动外形设计和优化起决定性作用.通常采用脉冲风洞(如激波风洞)产生高温、高压驱动气体以模拟高超声速高焓试验气流.在脉冲风洞对高超飞行器模型进行测力试验时,测力天平输出信号结果无法摆脱惯性载荷的干扰影响,其导致的测力模型低频振动问题基本无法通过滤波彻底解决,尤其对试验时间只有几毫秒的情况,六分量测力天平的结构设计研究受到了极大挑战.因此,对实现短试验时间条件高性能测力的深入研究发现,天平动态校准凸显重要性和必要性.本研究提出一种新的基于人工智能深度学习技术的单矢量动态自校准方法和智能测力系统概念,并应用于目前激波风洞测力试验中.该动校方法的最主要特点之一是对整体测力系统的校准,而非仅仅针对天平,并且保证校准的测力系统即为风洞试验对象,确保校准与...

为提高前向爆轰驱动激波风洞的性能，采用在驱动段靠近主膜处增设一个收缩喉道的方法，以此来产生较为均匀的驱动气源。实验结果表明此方法有效地削弱了爆轰波后Taylor稀疏波的影响。