高超声速剪切层波前畸变实验研究

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高超声速成像制导飞行器在大气中飞行时,其光学窗口将面临严峻的气动热环境。使用超声速气膜是一种行之有效的冷却方式,但主流与喷流形成的剪切层会导致流场更为复杂。当光线传输经过复杂流场被成像系统接收后,会导致图像失真而无法获取有效信息,降低制导精度。因此,研究高超声速剪切层波前畸变的意义在于在保证冷却的情况下,降低波前畸变,提高制导精度。本文针对带有超声速冷却喷流的高超声速光学头罩展开了冷却效率和波前畸变的实验研究。第一,运用纹影系统对光学窗口上方的流场结构进行测量。第二,运用薄膜铂电阻温度传感器和压力扫描阀,在高超声速低噪声风洞中测量不同参数下的光学窗口表面的冷却效率的压力分布。发现压力匹配状态和过压状态下冷却效率能够维持稳定的距离接近,都比欠压状态长;来流总压和出口缝高的变化对冷却效率沿流向的发展趋势无明显影响,但出口缝高的增加会提升冷却效率。第三,运用BOS-WS波前测试系统对不同喷流状态,来流总压和出口缝高下的剪切层进行了波前畸变研究。发现,无喷流时,波前畸变最小;有喷流时,压比匹配状态波前畸变最小。欠压状态,随着压比的升高,波前畸变先增高再降低;过压状态下,波前畸变随压比的升高而增大,而增大的幅度会随压比升高而降低。
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