高超声速风洞实验与测量

本书主要讲述高超声速风洞实验方法与测量技术。从高超声速飞行器对气动实验需求开始，首先介绍了目前高超声速地面实验模拟所遇到主要问题以及高超声速风洞和设备的分类、特点、性能及运行方式；随后介绍了高超声速风洞参数的测量及流场校测，高超声速气动力实验方法和实验中需要解决的关键实验技术，高超声速风洞中实验模型表面热环境测量方法和技术，高超声速风洞中的自由飞实验方法和技术，在燃烧加热高超声速风洞和高焓激波风洞中超燃推进技术的实验方法，高超声速风洞的流动显示技术和空间流场参数的光学测量方法；最后，展望了高超声速地面实验的未来。本书可供从事航空、航天飞行器研制和空气动力学研究工程技术人员使用，也可供高等院校有关专业的师生参考。

丛书序
前言
第1章高超声速飞行的气动实验需求1
1.1高超声速流动的典型特点及对飞行器的影响4
1.2高超声速气动实验需求8
参考文献13
第2章高超声速风洞的特点和种类15
2.1高超声速地面实验面临的挑战15
2.1.1高超声速气动地面实验的困难15
2.1.2高超声速地面实验模拟的差距18
2.2高超声速风洞的种类19
2.3高超声速风洞实验项目类别23
参考文献24
第3章常规高超声速风洞25
3.1常规高超声速风洞种类和构成26
3.1.1常规高超声速风洞种类26
3.1.2常规高超声速风洞结构27
3.2实验气体的凝结和加热器33
3.2.1凝结的产生33
3.2.2加热温度的确定35
3.2.3典型加热器36
3.3高超声速喷管43
3.3.1型线设计44
3.3.2喉道防热技术50
3.3.3拓宽马赫数范围的更换喉道措施51
3.4扩压段与引射器53
3.4.1扩压段53
3.4.2引射器55
参考文献58
第4章激波风洞60
4.1激波风洞的基本原理和结构61
4.1.1激波风洞的基本原理及参数计算62
4.1.2激波风洞的运行64
4.1.3入射激波马赫数提高后对流动的影响72
4.1.4炮风洞74
4.2提高激波风洞驱动能力的方法78
4.3直接加热轻气体驱动激波风洞82
4.4爆轰驱动激波风洞84
4.4.1爆轰过程的基本原理84
4.4.2爆轰驱动的运行方式87
4.5自由活塞激波风洞92
4.5.1活塞运动93
4.5.2调谐操作95
4.5.3压缩比和定压驱动时间96
4.5.4自由活塞激波风洞的结构98
4.6膨胀管与膨胀风洞102
4.6.1膨胀管的基本原理103
4.6.2膨胀风洞107
参考文献108
第5章高超声速特种风洞和设施113
5.1重活塞压缩类高超声速风洞113
5.1.1长射型重活塞炮风洞113
5.1.2多级压缩重活塞风洞116
5.2压力平衡驱动的高雷诺数高超声速风洞118
5.3路德维希管（Ludwig tube）高超声速风洞121
5.4静风洞123
5.5低密度风洞129
5.6燃烧加热风洞131
5.6.1燃气流设备131
5.6.2燃烧加热风洞133
5.6.3燃烧加热方式对超燃流场特性的影响135
5.7电弧加热气动实验设备136
5.8高超声速弹道靶140
5.9高速火箭橇144
参考文献147
第6章高超声速风洞气流参数测量150
6.1高超声速风洞气流参数测量理论与方法150
6.2常规高超声速风洞气流参数测量153
6.2.1压力测量153
6.2.2温度测量155
6.2.3流场马赫数校测157
6.2.4气流偏角测量159
6.3脉冲风洞气流参数测量161
6.3.1总压测量161
6.3.2激波管激波速度测量及总温测量162
6.3.3实验段参数测量163
6.4高超声速风洞流场品质对实验数据质量的影响165
参考文献166
第7章高超声速风洞气动力测量技术168
7.1高超声速风洞测力实验169
7.1.1高超声速风洞测力实验种类169
7.1.2高超声速风洞测力实验应注意的问题171
7.1.3高超声速风洞测力实验技术的发展方向173
7.2高超声速风洞天平174
7.2.1设计要求174
7.2.2结构形式176
7.3天平防热技术183
7.4动态干扰解决方案185
7.4.1高刚度应变天平技术186
7.4.2压电天平技术188
7.4.3惯性补偿技术189
7.5摩阻测量192
7.5.1摩阻天平测量192
7.5.2液晶涂层摩阻测量194
7.6模型表面压力测量199
7.6.1常规高超声速风洞模型表面压力测量199
7.6.2脉冲风洞模型表面压力测量201
7.6.3压敏漆测量技术202
7.6.4脉动压力测量204
参考文献206
第8章高超声速风洞模型传热测量技术209
8.1热流密度测量原理210
8.1.1两层介质中的热传导210
8.1.2一维半无限体中的热传导212
8.2薄膜量热计213
8.2.1工作原理及结构213
8.2.2传感器技术要求213
8.2.3传感器的安装214
8.2.4热流测量数据处理215
8.2.5平板转捩实验217
8.3同轴热电偶218
8.3.1工作原理及结构218
8.3.2同轴热电偶技术要求220
8.3.3同轴热电偶的分类220
8.3.4热流测量数据处理221
8.3.5球头驻点热流密度测量实验222
8.4磷光热图技术223
8.4.1测热原理223
8.4.2关键技术224
8.4.3热流密度数据处理227
8.4.4典型磷光热图实验229
8.5红外热图技术232
8.5.1测热原理232
8.5.2技术要求233
8.5.3数据处理235
8.5.4圆锥转捩实验236
8.6其他热流测量方法237
参考文献239
第9章高超声速风洞自由飞实验技术241
9.1动态相似准则243
9.2数据采集设备245
9.3模型投放装置246
9.4模型设计249
9.5图像处理250
9.6气动参数辨识251
9.7多体分离自由飞实验257
参考文献261
第10章高温高超声速风洞冲压推进实验技术264
10.1冲压类发动机实验的基本要求265
10.2冲压类发动机性能评估方法267
10.3燃烧加热风洞冲压类发动机实验技术267
10.3.1燃料加注方法268
10.3.2应变天平测力技术270
10.4高焓激波风洞冲压类发动机实验技术272
10.4.1燃料加注方法272
10.4.2自由飞测力技术274
参考文献283
第11章高超声速风洞空间流场显示与测量技术286
11.1基于光学折射原理的流场显示技术287
11.2基于气体放电原理的流场显示技术293
11.3基于示踪粒子散射原理的流场显示与测量技术298
11.4基于分子激发诱导荧光原理的流场显示与测量技术306
11.5基于吸收光谱的流场诊断与测量技术309
参考文献322
第12章高超声速气动地面实验的未来与展望325
12.1未来高超声速飞行器发展325
12.2未来高超声速飞行器气动实验难点及热点问题326
12.2.1高马赫数模拟326
12.2.2高温条件模拟327
12.2.3边界层转捩实验328
12.2.4超燃及一体化实验技术328
12.2.5实验技术发展328
12.3高超声速风洞实验的展望329
参考文献331