Copyright©2014版权所有中国力学学会地址:北京市北四环西路15号邮政编码:100190Address:No.15BeisihuanxiRoad,Beijing100190---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---第八届全国流体力学学术会议2014年9月18～21日甘肃兰州文章编号：CSTAM2014-A26-BS08025标题：超声速风洞尖锥模型粒子图像测速技术研究作者：张璞，黄湛，王宏伟，段俐，康琦单位：中国科学院力学研究所微重力实验室中国航天空气动力技术研究院超声速风洞尖锥模型粒子图像测速技术研究张璞1，黄湛2，王宏伟2，段俐1，康琦11（中国科学院力学研究所微重力室，北京100190）2（中国航天空气动力技术研究院，北京100074）摘要：在马赫数5(Ma5)的超声速风洞中，进行了尖锥模型的粒子图像测速技术（PIV）实验，采用纳米示踪粒子及专门的粒子播发器，获得了三个攻角（0°、5°、10°）尖锥模型表面的粒子图像；经过高精度粒子图像数据处理，得到相应三个攻角的模型表面速度场分布，并观察到斜激波和膨胀波的波系结构。实验表明，示踪粒子能够均匀撒布于超声速流场中并具有良好的跟随性，满足了超声速流场PIV测试要求；实验结果反映了超声速条件下模型表面的流场特性。关键词：超声速,PIV,尖锥模型,风洞实验引言高速飞行器的气动布局问题是其设计的关键问题之一，通常情况下，需要进行高速风洞实验来预测其气动特性。飞行器表面的速度分布体现了流场的动力学特性，主导着流场结构的变化，因此速度场分布是风洞试验测量的重要物理量。粒子图像测速技术（PIV）是20世纪80年代发展起来的一种新的流场测试技术，它突破了单点测量的局限，能够在不干扰流场的情况下，实现全场的瞬态测量，得到瞬时和平均的速度场定量分布，并且可进一步得到涡量场等物理量。随着激光器、CCD以及图像处理技术的发展，PIV测量流场的时间分辨率、空间分辨率和测速范围都得到了提高[1-6]。在超声速流场中进行PIV测试，是目前国内外的研究热点。国内已经开展了一些超声速流场PIV测试实验研究,例如：魏润杰和申功炘等[7-8]用PIV成功进行多种流体力学实验，如马赫数1.5（Ma1.5）的超音速喷流等；黄湛和王宏伟等[9]在1.2m量级亚跨超声速风洞对某机头模型进行了DPIV高速选型实验；田立丰，易仕和等[10]在马赫数为3.8的超音速风洞中，进行了超声速光学头罩流场的PIV研究，得到了光学头罩的速度场分布。超声速及高超声速流场由于具有速度高、可压缩性强以及结构复杂的特点，应用PIV技术进行流场测试，需要解决几个重点问题[11]：1）示踪粒子的合理选择及撒布技术。超声速流场中结构复杂，尤其是当粒子跨激波时产生很大的速度梯度，为了保持示踪粒子的良好跟随性，需要选择粒径很小的球状粒子；小粒径的粒子散射光强较弱，为满足光散射信噪比要求，就需要提高激光能量。因此，需要合理选择示踪粒子，满足光散射信噪比和超声速条件下穿越激波的跟随性的双重要求。同时撒布装置要保证粒子能均匀布撒在流场中，尽量避免粒子的团聚，保证示踪粒子的粒径尺寸和均匀性。2）同步控制技术。由于Ma5风洞实验速度很高，要求PIV测速时两次曝光的时间间隔t非常短，需要精确控制激光器和CCD的同步工作。3）速度场数据处理算法。示踪粒子跨激波不仅产生很大的速度梯度，而且由于可压缩性会造成粒子浓度差，从而对粒子图像处理造成困难。由于图像数据处理采用互相关算法，必须保证查问窗中有足够的粒子数，而由于时间间隔t很短，速度快，粒子驻留时间短，必须采用合理的算法提高计算精度和空间分辨率。实验采用了高精度的同步控制器、高能量脉冲激光器，选择纳米示踪粒子和配备破裂结构的粒子撒布装置，通过高精度粒子图像数据处理算法，成功进行了马赫数5(Ma5)的风洞PIV实验研究，获得了三个攻角尖锥模型表面的速度场分布。1实验设备和模型---本文来源于网络，仅供参考，勿照抄，如有侵权请联系删除---1.1实验风洞实验在FD-03高超风洞上进行，采用马赫数5(Ma5)的喷管，其出口截面为方形（170×170mm2），试验区校测马赫数Ma为4.98，标准偏差σMa为0.020。试验段上部有圆形光学观察窗，两侧开有矩形光学观...