高超聲速風洞實驗與測量

叢書序
前言

第1章 高超聲速飛行的氣動實驗需求1
1.1高超聲速流動的典型特點及對飛行器的影響4
1.2高超聲速氣動實驗需求8
參考文獻13

第2章 高超聲速風洞的特點和種類15
2.1高超聲速地面實驗面臨的挑戰15
2.1.1高超聲速氣動地面實驗的困難15
2.1.2高超聲速地面實驗模擬的差距18
2.2高超聲速風洞的種類19
2.3高超聲速風洞實驗項目類別23
參考文獻24

第3章 常規高超聲速風洞25
3.1常規高超聲速風洞種類和構成26
3.1.1常規高超聲速風洞種類26
3.1.2常規高超聲速風洞結構27
3.2實驗氣體的凝結和加熱器33
3.2.1凝結的產生33
3.2.2加熱溫度的確定35
3.2.3典型加熱器36
3.3高超聲速噴管43
3.3.1型線設計44
3.3.2喉道防熱技術50
3.3.3拓寬馬赫數範圍的更換喉道措施51
3.4擴壓段與引射器53
3.4.1擴壓段53
3.4.2引射器55
參考文獻58

第4章 激波風洞60
4.1激波風洞的基本原理和結構61
4.1.1激波風洞的基本原理及參數計算62
4.1.2激波風洞的運行64
4.1.3入射激波馬赫數提高後對流動的影響72
4.1.4炮風洞74
4.2提高激波風洞驅動能力的方法78
4.3直接加熱輕氣體驅動激波風洞82
4.4爆轟驅動激波風洞84
4.4.1爆轟過程的基本原理84
4.4.2爆轟驅動的運行方式87
4.5自由活塞激波風洞92
4.5.1活塞運動93
4.5.2調諧操作95
4.5.3壓縮比和定壓驅動時間96
4.5.4自由活塞激波風洞的結構98
4.6膨脹管與膨脹風洞102
4.6.1膨脹管的基本原理103
4.6.2膨脹風洞107
參考文獻108

第5章 高超聲速特種風洞和設施113
5.1重活塞壓縮類高超聲速風洞113
5.1.1長射型重活塞炮風洞113
5.1.2多級壓縮重活塞風洞116
5.2壓力平衡驅動的高雷諾數高超聲速風洞118
5.3路德維希管（Ludwig tube）高超聲速風洞121
5.4靜風洞123
5.5低密度風洞129
5.6燃燒加熱風洞131
5.6.1燃氣流設備131
5.6.2燃燒加熱風洞133
5.6.3燃燒加熱方式對超燃流場特性的影響135
5.7電弧加熱氣動實驗設備136
5.8高超聲速彈道靶140
5.9高速火箭橇144
參考文獻147

第6章 高超聲速風洞氣流參數測量150
6.1高超聲速風洞氣流參數測量理論與方法150
6.2常規高超聲速風洞氣流參數測量153
6.2.1壓力測量153
6.2.2溫度測量155
6.2.3流場馬赫數校測157
6.2.4氣流偏角測量159
6.3脈衝風洞氣流參數測量161
6.3.1總壓測量161
6.3.2激波管激波速度測量及總溫測量162
6.3.3實驗段參數測量163
6.4高超聲速風洞流場品質對實驗資料品質的影響165
參考文獻166

第7章 高超聲速風洞氣動力測量技術168
7.1高超聲速風洞測力實驗169
7.1.1高超聲速風洞測力實驗種類169
7.1.2高超聲速風洞測力實驗應注意的問題171
7.1.3高超聲速風洞測力實驗技術的發展方向173
7.2高超聲速風洞天平174
7.2.1設計要求174
7.2.2結構形式176
7.3天平防熱技術183
7.4動態干擾解決方案185
7.4.1高剛度應變天平技術186
7.4.2壓電天平技術188
7.4.3慣性補償技術189
7.5摩阻測量192
7.5.1摩阻天平測量192
7.5.2液晶塗層摩阻測量194
7.6模型表面壓力測量199
7.6.1常規高超聲速風洞模型表面壓力測量199
7.6.2脈衝風洞模型表面壓力測量201
7.6.3壓敏漆測量技術202
7.6.4脈動壓力測量204
參考文獻206

第8章 高超聲速風洞模型傳熱測量技術209
8.1熱流密度測量原理210
8.1.1兩層介質中的熱傳導210
8.1.2一維半無限體中的熱傳導212
8.2薄膜量熱計213
8.2.1工作原理及結構213
8.2.2感測器技術要求213
8.2.3感測器的安裝214
8.2.4熱流測量資料處理215
8.2.5平板轉捩實驗217
8.3同軸熱電偶218
8.3.1工作原理及結構218
8.3.2同軸熱電偶技術要求220
8.3.3同軸熱電偶的分類220
8.3.4熱流測量資料處理221
8.3.5球頭駐點熱流密度測量實驗222
8.4磷光熱圖技術223
8.4.1測熱原理223
8.4.2關鍵技術224
8.4.3熱流密度資料處理227
8.4.4典型磷光熱圖實驗229
8.5紅外熱圖技術232
8.5.1測熱原理232
8.5.2技術要求233
8.5.3資料處理235
8.5.4圓錐轉捩實驗236
8.6其他熱流測量方法237
參考文獻239

第9章 高超聲速風洞自由飛實驗技術241
9.1動態相似準則243
9.2資料獲取設備245
9.3模型投放裝置246
9.4模型設計249
9.5影像處理250
9.6氣動參數辨識251
9.7多體分離自由飛實驗257
參考文獻261

第10章 高溫高超聲速風洞衝壓推進實驗技術264
10.1衝壓類發動機實驗的基本要求265
10.2衝壓類發動機性能評估方法267
10.3燃燒加熱風洞衝壓類發動機實驗技術267
10.3.1燃料加注方法268
10.3.2應變天平測力技術270
10.4高焓激波風洞衝壓類發動機實驗技術272
10.4.1燃料加注方法272
10.4.2自由飛測力技術274
參考文獻283

第11章 高超聲速風洞空間流場顯示與測量技術286
11.1基於光學折射原理的流場顯示技術287
11.2基於氣體放電原理的流場顯示技術293
11.3基於示蹤粒子散射原理的流場顯示與測量技術298
11.4基於分子激發誘導螢光原理的流場顯示與測量技術306
11.5基於吸收光譜的流場診斷與測量技術309
參考文獻322

第12章 高超聲速氣動地面實驗的未來與展望325
12.1未來高超聲速飛行器發展325
12.2未來高超聲速飛行器氣動實驗難點及熱點問題326
12.2.1高馬赫數模擬326
12.2.2高溫條件模擬327
12.2.3邊界層轉捩實驗328
12.2.4超燃及一體化實驗技術328
12.2.5實驗技術發展328
12.3高超聲速風洞實驗的展望329
參考文獻331