摘要：开展了跨声速风洞可压流场扰动模态与湍流度精细测量研究,以满足高速飞行器的低湍流试验需求。基于变热线过热比测量方法,在理论上推导了跨声速流场扰动的一般模态和3种特殊模态特征方程(涡模态、熵模态和声模态),以及扰动模态对应的特征曲线,以此为基础,通过试验获得了流场一般模态、涡模态、声模态扰动图和较高精度的湍流度值,通过扰动图频域分析了马赫数1.50的流场声模态扰动机理,建立了一种跨声速可压流场扰动模态分析与低湍流度测量方法。在新型连续式跨声速风洞完成马赫数0.20~1.50流场测量试验,测得湍流度为0.037%~0.197%,数据非线性拟合优度为0.943~0.995,蒙特卡洛模拟不确定度为0.0002%~0.0041%。研究结果证明了所建立的可压流场扰动模态与低湍流度测量方法的有效性,对高性能跨声速风洞的流场评估、优化和飞行器低湍流试验有实际意义。

摘要：相比于机翼产生的孤立翼尖涡,加装小翼之后的翼尖涡表现出双涡甚至多涡结构,并且呈现出更加复杂的不稳定特征。为揭示翼尖双涡结构不稳定特征及其演化机理,采用体视粒子图像测速(SPIV)技术和全局线性稳定性分析(LAS)方法对不同雷诺数和攻角下带双叉弯刀小翼的M6机翼产生的翼尖涡结构在尾迹区的不稳定特征进行研究。试验结果表明,对称布置的双叉弯刀小翼产生的翼尖涡包含上/下小翼产生的主涡(上/下主涡)结构,两者构成近似等强度的同转涡对,在相互靠近的同时以20rad/s的角速度相互缠绕。对上/下主涡瞬时涡核位置的统计分析表明,翼尖涡摇摆幅值随流向位置逐渐增大,随雷诺数的增加而增大,随攻角的增加先增大后减小。对16倍弦长的尾迹截面处的翼尖双涡结构进行全局时间稳定性分析,不同工况下,上/下主涡最不稳定模态(模态P/模态S)的稳定性曲线变化规律与摇摆幅值的变化规律相一致,表明翼尖涡的摇摆源自于其内在的不稳定性特征。增加流向扰动波数,发现模态P切向波数逐渐增加;而模态S则是径向波数逐渐增加。不同工况下,模态P的切向波数为5~6,扰动波数分布在[2.75,5]的区间内,所对应的不稳定放大率均大于模态S,而不稳定放大率最大的模态扰动范围作用在上主涡的整个涡核区域,表明这种大切向波数的扰动模态在翼尖涡流控中的潜在价值,也意味着加装小翼会增加涡结构的个数,增强不稳定性的发展,有助于翼尖涡的快速失稳衰减。