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7°尖锥高超声速边界层转捩红外测量实验

陈久芬 凌岗 张庆虎 解福田 许晓斌 张毅锋

陈久芬, 凌岗, 张庆虎, 等. 7°尖锥高超声速边界层转捩红外测量实验[J]. 实验流体力学, 2020, 34(1): 60-66. doi: 10.11729/syltlx20180172
引用本文: 陈久芬, 凌岗, 张庆虎, 等. 7°尖锥高超声速边界层转捩红外测量实验[J]. 实验流体力学, 2020, 34(1): 60-66. doi: 10.11729/syltlx20180172
CHEN Jiufen, LING Gang, ZHANG Qinghu, et al. Infrared thermography experiments of hypersonic boundary-layer transition on a 7° half-angle sharp cone[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2020, 34(1): 60-66. doi: 10.11729/syltlx20180172
Citation: CHEN Jiufen, LING Gang, ZHANG Qinghu, et al. Infrared thermography experiments of hypersonic boundary-layer transition on a 7° half-angle sharp cone[J]. Journal of Experiments in Fluid Mechanics, 2020, 34(1): 60-66. doi: 10.11729/syltlx20180172

7°尖锥高超声速边界层转捩红外测量实验

doi: 10.11729/syltlx20180172
基金项目: 

国家重点研发计划 2016YFA0401200

详细信息
    作者简介:

    陈久芬(1979-), 女, 四川宜宾人, 高级工程师。研究方向:高超声速风洞设备研制及气动热实验研究。通信地址:绵阳市二环路南段6号(621000)。E-mail:1013233946@qq.com

    通讯作者:

    凌岗, E-mail:18959747@qq.com

  • 中图分类号: V211.7

Infrared thermography experiments of hypersonic boundary-layer transition on a 7° half-angle sharp cone

  • 摘要: 为了推动高超声速边界层转捩研究的深入开展,给边界层转捩机理研究、物理模型验证、转捩数据库构建和转捩天地相关性的建立等提供基础风洞实验数据,在中国空气动力研究与发展中心的Φ1 m高超声速风洞开展了边界层转捩规律红外热图实验。针对半锥角7°尖锥模型,研究了不同单位雷诺数、迎角和马赫数对尖锥边界层转捩位置的影响规律。实验单位雷诺数(0.49~2.45)×107/m,迎角范围-10°~10°,马赫数5~7,模型头部半径0.05 mm。通过红外热图技术测量模型表面温度分布,获得了较为详细的转捩位置和转捩参数影响规律。实验结果表明:在马赫数5~7范围内,马赫数增大,尖锥转捩位置提前,分析认为是高马赫数时的雷诺数较大、自由流噪声水平较高引起;随着单位雷诺数的增大,边界层转捩位置前移,转捩雷诺数保持不变,约为3.0×106;小迎角时,随着迎角的增大,迎风面边界层转捩推迟,背风面边界层转捩前移,在10°大迎角时,迎风区中心线转捩前移,出现迎角"转捩逆转"现象,背风区出现了流动分离导致的低热流条带。
  • 图  1  Φ1 m高超声速风洞

    Figure  1.  Φ1 m Hypersonic wind tunnel

    图  2  实验模型

    Figure  2.  Test model

    图  3  模型表面温升分布(Re=1.0×107/m)

    Figure  3.  Distribution of surface temperature rise(Re=1.0×107/m)

    图  4  中心线温升(Re=1.0×107/m)

    Figure  4.  Temperature rise on centre lines (Re=1.0×107/m)

    图  5  模型表面温升分布

    Figure  5.  Distribution of surface temperature rise

    图  6  中心线温升

    Figure  6.  Temperature rise on centre lines

    图  7  模型迎风面温升分布(Rn=0.05)

    Figure  7.  Temperature rise on windward side (Rn=0.05)

    图  8  迎风中心线温升(Rn=0.05)

    Figure  8.  Temperature rise on windward centre lines(Rn=0.05)

    图  9  模型背风面温升分布(Rn=0.05,α=0° ~10°)

    Figure  9.  Temperature rise on leeward side (Rn=0.05, α=0° ~10°)

    图  10  背风中心线温升(Rn=0.05)

    Figure  10.  Temperature rise on leeward centre lines(Rn=0.05)

    图  11  转捩雷诺数随迎角变化关系(Rn=0.05,α=0° ~10°)

    Figure  11.  Relationship between transition Reynolds number and angles of attack(Rn=0.05, α=0°~10°)

    图  12  背风区流动分离(Rn=0.05)

    Figure  12.  Flow separation in leeward region (Rn=0.05)

    表  1  实验状态

    Table  1.   Test conditions

    编号 Ma Re /m-1 α /(°) 研究内容
    1 6 (0.49~2.45)×107 0 雷诺数对转捩的影响
    2 6 1.0×107 -10~10 迎角对转捩的影响
    3 5~7 1.0×107 0 马赫数对转捩的影响
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    表  2  流场参数

    Table  2.   Parameters of flow field

    Ma p0/MPa T0/K p/Pa T/K Re/m-1 p'/Pa p'/p
    5 0.50 384 945.02 64.00 0.96×107 49.9 2.8%
    6 0.51 461 323.00 56.22 0.49×107 36.6 6.1%
    6 0.78 472 494.00 57.56 0.72×107 55.5 5.0%
    6 1.10 474 696.70 57.81 1.00×107 57.1 3.9%
    6 2.82 488 1786.00 59.51 2.45×107 114.2 3.3%
    7 2.49 594 601.47 55.00 1.09×107 95.2 6.5%
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    表  3  尖锥表面转捩位置测量结果(不同来流马赫数)

    Table  3.   Test results of transition position

    Ma Re
    /m-1
    转捩位置
    /mm
    转捩区长度
    /mm
    转捩雷诺数
    /m-1
    xT1 xT2 LT RexT
    5 0.96×107 400 540 140 4.03×106
    6 1.0×107 300 500 200 3.02×106
    7 1.09×107 260 450 190 2.86×106
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    表  4  模型表面转捩位置测量结果(变雷诺数)

    Table  4.   Test results of transition position

    Ma Re
    /m-1
    转捩位置
    /mm
    转捩区长度
    /mm
    转捩雷诺数
    /m-1
    xT1 xT2 LT RexT
    6 0.49×107 600 >800 >200 2.96×106
    6 0.72×107 420 620 200 3.05×106
    6 1.0×107 300 500 200 3.02×106
    6 2.45×107 < 165 270 < 4.07×106
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    表  5  模型表面转捩位置测量结果(变迎角)

    Table  5.   Test results of transition position

    Ma Re
    /m-1
    α/(°) 转捩位置
    /mm
    转捩区长度
    /mm
    转捩雷诺数
    /m-1
    xT1 xT2 LT RexT1
    6 0.97×107 10 < 165 < 165 < 1.61×106
    6 0.92×107 6 < 165 < 165 < 1.53×106
    6 0.94×107 2 < 165 < 165 < 1.56×106
    6 1.00×107 0 300 500 200 3.02×106
    6 0.97×107 -2 520 700 180 5.08×106
    6 0.95×107 -4 600 770 170 5.74×106
    6 0.97×107 -6 620 >800 >180 6.06×106
    6 0.96×107 -8 未转捩 未转捩 >7.74×106
    6 0.99×107 -10 660 >800 >140 6.58×106
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出版历程
  • 收稿日期:  2018-11-20
  • 修回日期:  2019-04-19
  • 刊出日期:  2020-02-25

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    2021年8月13日