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施利伦成像:一种可视化超音速流特性的技术

Overview

资料来源:何塞·罗伯托·莫尔托、海梅·多拉多和刘晓峰,圣地亚哥州立大学航空航天工程系,加利福尼亚州圣地亚哥

军用喷气式战斗机和弹丸的飞行速度超惊人的音速,这意味着它们以超音速飞行。声速是声波通过介质传播的速度,即343米/s。 马赫数用于测量物体相对于声速的飞行速度。

以音速行驶的物体的马赫数为 1.0,而行驶速度高于音速的物体的马赫数大于 1.0。以这样的速度行驶时,必须考虑空气的可压缩性效应。当马赫数大于 0.3 时,流被视为可压缩的。在本演示中,通过可视化可压缩流中的冲击波和压缩波的形成,将使用Schlieren系统对圆锥体的Mach 2.0超音速流进行分析。

Procedure

1. 使用施利伦成像系统可视化冲击波

  1. 激活干燥塔以脱水空气。这将确保气流不含水分,并防止在测试部分局部温度因超音速流动而下降时形成冰。
  2. 打开测试部分,将 15° 半角锥形模型固定到支撑结构上。
  3. 检查测试部分是否没有碎屑或其他物体,然后关闭测试部分。
  4. 确保空气流量控制的主阀关闭,然后打开压缩机对储气罐加压。在关闭压缩机之前,让压缩机达到 210 psi。
  5. 打开高速阀的控制器,并设置表 1 中列出的以下参数。

表 1:马赫 2 运行的控制参数。

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Results

在这个演示中,一个半角为15度的圆锥体在马赫2.0处受到超音速流动的影响。在图 3 中,观察到锥体上的冲击唤醒和膨胀风扇。从理论上讲,斜冲击应在锥面以 33.9° 的角度形成。实验角度测量为33.6°,如图3B中的红线所示。与理论数据相比,误差百分比小于1%。此外,该流可视化方法能够显示模型后缘上的扩展风扇。

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Application and Summary

schlieren成像技术是基于流体密度变化的经典光流可视化技术。这是一个简单的系统,由凹面镜、刀刃和光源建造。通过该系统,可以可视化冲击波和膨胀波等超音速流动功能。但是,这种技术对低速流具有灵敏度限制。

schlieren成像方法可用于各种应用,特别是在流体力学研究和湍流可视化方面。Schlieren 成像提供了关于复杂流结构在可压缩、湍流和试飞中的空间分布的宝贵信?...

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Tags
Pl 0 *MV
Pl 0 *MV 25
*PV 100 DVL 100
Df 0.25 Kp 1.1
立法会 关闭 0.01
Rh 100 Td 0
Rl 0 Rt 1
光伏 -- Bs 0
简历 -- *T 1
Sv 17 D/R 转速
Mv -25 Vd 转速
模式 A MVF -25
MH 100 Ph 100
毫升 0
  1. 打开 schlieren 成像系统的灯和冷却风扇。
  2. 将一张纸放在光源文本部分的另一侧。
  3. 对齐第一个凹面镜,使光线通过测试部分。检查光线照射到纸张上。
  4. 调整第二个凹面镜,使穿过测试部分的光线反射到投影屏幕上。
  5. 调整刀刃,使其位于第二面镜的焦点处。并调整刀刃的光圈,达到所需的图像质量。
  6. 将相机直接放置在刀刃光圈前面的三脚架上,以记录投影图像。
  7. 戴上适当的听力保护装置,检查建筑物外的排气口附近是否有人。
  8. 打开快速阀控制器的供气口,然后打开让空气进入系统的主阀。
  9. 关闭房间的灯,以便更容易看到投影图像。
  10. 激活风洞。
  11. 观察在锥体模型上流动的马赫 2 流的 schlieren 图像。
  12. 通过按相反顺序关闭阀门关闭风洞。然后关闭控制器。
  13. 等待所有空气从设备释放,然后拆下您的听力保护。

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0:01

Concepts

3:01

Visualizing the Shock Wave in Supersonic Flow Over a Cone

6:10

Results

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