高速流体力学实验01课件.ppt

1、亚声速飞行亚声速飞行穿越大气层飞行穿越大气层飞行高超声速飞行高超声速飞行边界层理论边界层理论升升/阻力机制阻力机制声障声障跨声速理论跨声速理论热障、黑障热障、黑障1900192019401960198020202000气体动力学的突破与航空航天技术发气体动力学的突破与航空航天技术发展展喷气推进理论喷气推进理论跨跨/超声速飞行超声速飞行张新宇张新宇高温化学反应流动高温化学反应流动超燃超燃/真实气体效应真实气体效应高超声速技术：高超声速技术：新理论；新概念，新方法，新技术新理论；新概念，新方法，新技术M 34M 34 国家重大需求背景M 1M 1M 710M 710M 23M 23航空飞行器发展航

2、空飞行器发展航天飞行器发展航天飞行器发展高超声速飞行器高超声速飞行器空天飞行器空天飞行器临近空间飞行器临近空间飞行器 JF-10JF-10氢氧爆轰驱动高焓激波风洞氢氧爆轰驱动高焓激波风洞(Mach 7-20，总温，总温 8000K，总压，总压800 atm)JF-8A高超声速激波风洞高超声速激波风洞(Mach 6.5-15，喷管直径，喷管直径800mm)跨超声速激波风洞跨超声速激波风洞（Mach 0.8-6，喷管直径，喷管直径800mm）高温低密度激波管高温低密度激波管脉冲实验设备脉冲实验设备超燃模型发动机实验台超燃模型发动机实验台(Mach 5.6,To=2000 K,m=4kg/s)(Ma

3、ch 5.6,To=2000 K,m=4kg/s)直联式超燃实验台直联式超燃实验台(M=2.5,P0=1.5MPa,T0=2100K)热等离子体流动实验系统热等离子体流动实验系统平面激光诱导荧光组分测量系统平面激光诱导荧光组分测量系统暂冲型实验设备暂冲型实验设备电压增益：3、10、30、100、300、1000增益精度：0.1%(G100)，0.2%(G100)线 性 度：0.05%频率响应：DC30KHz恒 流 源：060mA连续可调模拟网络：30节附加放大：10倍，RC网络后系统组成：16ch一台，18台任意组合，置于19”标准机柜内，净化电 源供电；通过RS-232接口实现远程控制。AD

4、转换模拟开关信号调理缓冲存储总线扩展计算机同轴电缆放大器放大器n 基于压电效应的传感器，敏感元件由压电材料制成；n 压电材料可以分为两大类：压电晶体：石英 压电陶瓷：人工制造的多晶体压电材料n 目前使用较多是钛酸钡、锆钛酸铅(PZT)。zxyoxzyobzoxacy(a)(b)(c)压电式压力传感器常用压电材料性能参数常用压电材料性能参数 n 压电系数、灵敏度：压电陶瓷石英晶体n 温度范围、温度稳定性、时间稳定性、机械强度：压电陶瓷石英晶体 n 压电传感器输出能量较小，需接前置放大器n 电荷在无泄漏的情况下才能保存，测量回路输入 阻抗须无限大，对前置放大器要求很高。n 压电传感器的输出可以是电

5、压、电荷信号，对应前置 放大器：电压放大器和电荷放大器。n 电荷放大器优于电压放大器：1、电荷放大器的输出电压只取决于输入电荷与反馈 电容，与电缆电容无关；2、电压放大器的精度比电荷放大器略低。n 利用单晶硅材料的压阻效应和集成电路 技术制成；n 单晶硅材料受到力的作用后，电阻率发 生变化，通过测量电路得到正比于力变 化的输出信号；n 硅的压阻效应取决于电阻率的变化，灵 敏度较电阻应变计大50100倍。压阻式压力传感器 目前使用的硅压力传感器其应变电桥采用p 型扩散电阻，而应变膜是n 型硅衬底，两者之间是自然的pn 结隔离。工作温度超过120，应变电阻与衬底间的pn 结漏电加剧，使传感器特性严

6、重恶化以至失效，因而不能在较高温度环境下工作。n 压力范围：050kPa、0.1MPa、1MPa、3.5MPa；n 过载能力：2倍；n 额定电压：5Vn 满量程输出：100mVn 零位漂移：5mVn 综合精度：0.05%、0.1%、0.3%、0.5%F.Sn 重复性：0.1%n 螺纹接口：M50.5Stagnation heat transfer measuremnent techniques in hypersonic shock tunnel flows over spherical segments,Kenneth M.Chadwick (Calspan SRL Corp.;Buffal

7、o;NY),AIAA97-2493“Experimental Studies of Laminar,Transitional and Turbulent Hypersonic Flows over Elliptic Cones at Angles of Attack”presented at the 22nd International Symposium on Shock Waves,Imperial College,London,England,July 18-23,1999.(Ref.20)1mm3.2mm热流率测量研究现状(国内力学所)铂薄膜电阻温度计测热传感器：铂薄膜电阻温度计测热传

8、感器：l 基底材料：玻璃或陶瓷；l 灵敏度高、响应快、易于集成化；l 大热流、强冲刷的情况下，能力不足；l 气体电离的情况下，无法使用。l 外形尺寸：柱形24mm，集成的间距2.25mm；同轴热电偶测热传感器：同轴热电偶测热传感器：l 两种不同材料的热电偶丝，一端连接；l 响应快，但灵敏度低；l 适宜驻点区附近及电离气体的测量；l 外形尺寸：柱形1.62mm。热电偶是一种基于热电效应的温度传感器。扩扩散电动势散电动势(接触接触电动势电动势)和温差电动势 铜丝铜丝 将铂通过真空溅射的方法溅射到玻璃的表面，铂薄膜的厚度约为10-8m10-7m，其两端选用银浆作为引线。薄膜电阻温度计在一定温度范围内其电阻变化与温度变化成正比。00R0RRIETEts3020ck1E(t)1E(t)E()qd2t(t)测热原理测热原理 建立在一维半无限体热传导模型基础上，金属薄膜满足如下假设：l 厚度很薄，与基底厚度相比可以忽略；l 吸收的热量可以忽略不计，温度可以认为是传感器表面的温度。