高超声速油膜干涉测量技术研究

论文摘要

高超声速飞行器要承受极大的气动阻力,而表面摩阻预计将占总阻力的30%以上,因此要得到飞行器的空气动力学特性,必须对飞行器的表面摩阻进行准确的预测。除此之外,由于表面摩阻和边界层转捩的关联性,获得表面摩阻的大小就可以得到边界层的转捩位置,这为高超声速飞行器的设计提供支持。但是表面摩阻的预测一直是一个难点,对于数值模拟来说,雷诺平均方法（Reynolds Averaged Navier-Stokes,RANS）和大涡模拟（Large Eddy Simulation,LES）等方法无法捕捉边界层内细微的流动结构,因此无法精确预测表面摩阻。风洞实验是获得表面摩阻的重要手段,但是受到了实验方法的制约。因此,开展适用于高超声速风洞实验的表面摩阻测量方法势在必行。本文旨在基于已经发展成熟的低速和跨超声速油膜干涉测量技术,开展高超声速油膜干涉测量技术的研究。针对制约油膜干涉测量技术在高超声速应用的问题采取相应解决办法,并且将油膜干涉测量技术应用在高超声速风洞摩擦应力测量实验中。通过对比实验和直接数值模拟方法（Direct Numerical Simulation,DNS）得出的摩擦应力系数结果,分析油膜干涉测量技术在高超声速应用的可行性。研究结果表明,经过改良后的油膜干涉测量技术能够很好地应用于高超声速流场,实验模型的表面摩擦应力与数值模拟结果的规律性对比较好,而且该方法能够快速准确地预测边界层的转捩位置。

论文目录

• 摘要
• abstract
• 注释表
• 缩略词
• 第一章 绪论
•   1.1 研究的目的及意义
•   1.2 国内外研究现状
•     1.2.1 表面摩擦应力测量技术简介
•     1.2.2 油膜干涉测量技术
•   1.3 本课题研究内容
• 第二章 实验方法及设备
•   2.1 油膜干涉测量技术基本原理
•   2.2 实验风洞介绍
•   2.3 实验仪器介绍
•   2.4 测温系统设计
•   2.5 小结
• 第三章 高超声速油膜干涉测量技术的改良
•   3.1 实验光路布局设计
•   3.2 油膜图像处理方法
•   3.3 模型表面处理方法
•   3.4 硅油粘度修正
•   3.5 小结
• 第四章 油膜干涉测量技术在高超声速风洞中的应用
•   4.1 粗糙元技术简介
•   4.2 实验设计
•   4.3 数值模拟方法简介
•     4.3.1 方法简介
•     4.3.2 验证算例
•   4.4 光滑平板流场对比
•     4.4.1 数值模拟结果
•     4.4.2 实验结果
•     4.4.3 实验结果和DNS结果对比与分析
•   4.5 三维粗糙元流场对比
•     4.5.1 数值模拟结果
•     4.5.2 实验结果
•     4.5.3 实验结果和DNS结果对比与分析
•   4.6 小结
• 第五章 总结与展望
•   5.1 总结
•   5.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 刘松

导师: 董昊

关键词: 油膜干涉测量技术,高超声速,数值模拟,表面摩擦应力,转捩

来源: 南京航空航天大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅱ辑

专业: 力学,航空航天科学与工程,航空航天科学与工程

单位: 南京航空航天大学

分类号: V211;V411

DOI: 10.27239/d.cnki.gnhhu.2019.000230

总页数: 66

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