层流控制抑制气动加热研究

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雅宝题库解析：
层流控制能降低摩擦阻力，从而降低耗油率以及抑制气动加热。本文在边界层稳定性分析的基础上介绍了几种层流控制的方法，选择混合层流控制作为本文研究的控制手段，并设计了实验方案，构建了实验系统。在射流风洞中进行了平板人工转捩实验以及翼型转捩的红外测量实验，验证流动状态对气动加热的影响，并在连续式跨音速风洞中进行了后掠翼混合层流控制实验。通过一些辅助的数值计算，获得了飞行条件下冷却和层流控制结合降低壁温的效果，实验翼型的压力系数分布以及冷却对流向温度分布的影响。射流风洞平板实验选用带冷却的平板模型，用热电偶测量表面温度分布。该实验获得了气动加热过程中层流和湍流表面热流和对流换热系数以及平衡温度的差异，证明了湍流气动加热比层流强。翼型红外转捩测量实验使用表面贴膜的带冷却后掠翼模型进行气动加热实验。通过人工转捩获得湍流，获得了通过红外图像以及后处理技术获得转捩位置的方法。在3个来流马赫数下得到了不同马赫数的转捩位置分布规律，并且在M0.27条件下通过混合层流控制得到了初步的层流控制效果。采用带冷却的后掠翼模型在连续式跨音速风洞里进行气动加热实验，用热电偶测量表面温度分布。通过调节总压获得了不同的实验雷诺数下的温度分布，并在130kPa总压下得到了不同马赫数下温度分布规律。在M0.5条件下进行了前缘吸气的混合层流控制，并研究了前后腔吸气流量对层流控制效果的影响。结果表明：（1）气动加热过程热电偶温度分布曲线的突然升高能监测转捩位置；（2）随实验雷诺数提高壁面温度升高，随马赫数提高壁面温度提高且转捩位置前移；（3）M0.5条件下的混合层流控制获得了70%弦长的层流，壁温下降2度，有效地抑制了气动加热；（4）前腔吸气流量对层流控制效果影响最大且有最佳吸气流量，后腔吸气流量影响很小。