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2018年  第3卷  第6期

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“第18届全国激波与激波管学术会议青年优秀论文”专题
以高温燃气为试验介质的爆轰波风洞
李进平, 张仕忠, 于江鹏, 张晓源, 陈宏, 俞鸿儒
2018, 3(6): 1-8. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.06.001
111 13
摘要:
为了满足高温燃气流动研究的需求，提出了一种新的实验装置——爆轰波风洞.该风洞基本原理是利用高压气体驱动爆轰波后高温气体，为其提供消除Taylor稀疏波的运动边界条件，使爆轰波后气流保持均匀恒定所需状态.在结构布置上，爆轰波风洞与激波风洞类似，因此很容易利用激波风洞实现爆轰波风洞的运行模式，但两者的流动过程和参数间关系有明显的区别.首先理论分析了爆轰风洞流动过程并得出参数间关系，而后据此开展了实验验证.理论和实验结果表明该装置可以产生多种类型、不同状态的高温燃气，并可实现对燃气状态的准确控制.该装置实验能力和应用范围还能进一步扩展.
甲酸乙酯与羟基自由基氢提取反应速率常数的量化计算与激波管实验
吴君军, FethiKhaled, AamirFarooq, 任伟
2018, 3(6): 9-15. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.06.002
80 5
摘要:
针对甲酸乙酯（H（CO）OCH2CH3）与羟基自由基（OH）的反应动力学展开了理论与实验研究.在理论方面，首先通过量化计算得到了在M06-2x/ma-TZVP水平下准确的反应势能面，随后利用多结构-扭转（multi-stucture torsion MS-T）方法对转动非谐效应进行了研究，获得了非谐校正系数，最后基于传统过渡态理论并考虑Eckart隧穿效应获得了200~2 000 K温度范围的反应速率常数.在实验方面，开展了激波管实验来测定H（CO）OCH2CH3与OH的反应速率常数，基于激光吸收光谱技术探测OH自由基306.7 nm的吸收线，并对反射激波后高温反应过程的OH浓度变化进行测量，从而获得了900~1 321 K温度范围的反应速率常数，并论证了理论计算结果的合理性与准确性.
基于乙烯或氢气的吸气式旋转爆轰发动机实验
王宇辉, 王超, 郑榆山, 乐嘉陵, 黄思源
2018, 3(6): 16-25. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.06.003
51 5
摘要:
基于氢气的旋转爆轰发动机研究较多，而碳氢燃料与空气混合较为困难，导致基于乙烯的旋转爆轰发动机燃烧技术难度很高.使用宽视野范围的可视化燃烧室观察旋转爆轰波的研究在国内尚未开展.在同一燃烧室内进一步开展了乙烯或氢气的吸气式旋转爆轰实验，来流总温为283~284 K，燃烧室壁面有140°石英玻璃观察窗，便于观察旋转爆轰波运动过程.空筒燃烧室爆轰环腔外径为100 mm，轴向长度为151 mm.燃料通过150个直径0.8 mm圆柱孔进入燃烧室，空气通过喉部1 mm宽的收敛扩张环缝流入环腔.高速摄影和低高频压力传感器均验证了旋转爆轰波的存在和速度值.以氢气为燃料的旋转爆轰波速度最高可达理论值的101%，爆轰波增压效应可达40%左右，乙烯旋转爆轰波速度可达理论值的89%.旋转爆轰波结构容易发生变化，不规则.氢气旋转爆轰的维持对燃烧室的结构要求比碳氢燃料要低，比乙烯旋转爆轰波更加稳定.
带超声速气膜高超声速光学头罩气动光学效应抑制实验
丁浩林, 易仕和, 赵鑫海, 易君如, 葛勇
2018, 3(6): 26-34. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.06.004
91 5
摘要:
高超声速（Ma∞=6.0）炮风洞中带超声速（Mac=3.0）喷流光学头罩受到周围绕流影响出现气动光学畸变.利用基于背景纹影（background oriented schlieren，BOS）的波前测试方法测量了光学波前畸变.研究结果表明：瞄视误差（bore sight error，BSE）与喷流压比（pressure ratio of jet，PRJ）之间近似呈正相关.在有喷流的情况下，压力匹配时瞄视误差相对比较小，并且喷流压比对气动光学高阶畸变的影响不显著.微型涡流发生器（micro vortex gene-rator，MVG）对瞄视误差影响不明显，但是对气动光学高阶畸变的影响较为显著.基于波前互相关结果，施加微型涡流发生器之后，波前结构尺寸从0.2AD减小为0.1AD.结构尺寸的减小较为有效地抑制了气动光学高阶畸变并且提高了波前的稳定性.
声学超表面抑制Mack第2模态机理与优化设计
赵瑞, 张新昕, 温志湧, 田旭东
2018, 3(6): 35-40. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.06.005
76 3
摘要:
从理论上推导了声学超表面对平面声波的作用模型，该理论模型计及声波高阶衍射模态，从而能够计及超表面微结构之间的声学干扰.通过与数值结果对比，该模型预测的反射频率精度得到了一定程度的提高，并能够分辨出相邻孔声场之间的耦合模态.讨论了声学超表面吸声特性与阻抗特性对高超声速边界层内Mack第2模态的抑制机理，研究发现通过设计超表面阻抗特性，使得入射声波与反射声波在壁面处相位相反，同样可以抑制Mack第2模态.基于理论模型，分别优化设计得到最优的微结构几何尺寸，并通过对Mach 6平板边界层流动进行稳定性分析，验证了超表面不同声学特性的抑制效果.
超声速后台阶流动/射流相互作用的数值模拟
邓放, 韩桂来, 孟宝清, 丁珏, 翁培奋, 韩鹏, 姜宗林
2018, 3(6): 41-50. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.06.006
98 7
摘要:
采用高精度格式求解二维Navier-Stokes方程研究超声速射流与同向超声速后台阶流动相互作用的流场基本结构及规律，分别应用5阶WENO格式、6阶中心差分格式离散对流项和黏性项，时间推进采用3阶Runge-Kutta格式，并应用消息传递接口（message passing interface，MPI）非阻塞式通信实现并行化.分别研究了超声速后台阶流动、超声速射流的基本结构特征，以此讨论和分析超声速后台阶流动/射流相互作用的特征，以及不同来流条件对波系结构、涡结构、剪切层、膨胀扇等的影响，尤其是来流剪切层和射流剪切层的相互作用，形成复杂的波系结构及相互干扰的流动现象.
涡发生器对高超声速轴对称进气道外部流动的影响
高文智, 曹绕, 李祝飞, 曾亿山, 杨基明
2018, 3(6): 51-62. doi: 10.19527/j.cnki.2096-1642.2018.06.007
85 5
摘要:
采用三维CFD黏性模拟考察涡发生器对高超声速轴对称进气道外部流动的影响.针对前缘钝化半径0.8 mm和3.2 mm的轴对称进气道外部流场，以涡发生器高度与当地位移边界层厚度比值为影响参数，考察流场结构与性能参数的影响规律.结果表明，涡发生器产生的干扰波系使得前缘激波向外偏移，下游近壁面流动与主流区出现明显的交换，下游流动出现明显的展向非均匀性.涡发生器对流动的影响沿流向逐渐减弱.在气流压缩性能方面，涡发生器下游压比、动压比沿流向开始增大，随后逐渐恢复到无涡发生器工况；Mach数、总压恢复系数开始降低，随后逐渐向无涡发生器工况趋近.涡发生器高度与当地位移边界层厚度的比值h可作为衡量其影响的重要参数.当h≤1.5时，进气道流场结构、性能参数的变化几乎可忽略，h≤3.0时进气道入口处性能参数几乎能够恢复到无涡发生器工况.

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