基于BOS的超聲速流場瞬態密度場的可視化

張 俊, 吳運剛, 嚴來軍, 殷可為

(中國空氣動力研究與發展中心, 四川綿陽 621000)

引 言

在風洞試驗中, 試驗模型的繞流密度場信息是模型優化設計及選型的重要參數. 為了獲得直觀、準確的密度場分布信息, 國內外許多研究者一直致力于探索研究各種技術手段來實現模型繞流密度場的可視化觀測. 目前, 用于流場密度場顯示的技術主要包括經典紋影技術、干涉技術、背景紋影技術等. 其中, 背景紋影技術是將用于流場測量的PIV技術和紋影技術結合起來創造的一種流場測量新技術, 結合了PIV的粒子示蹤、粒子圖像處理技術和傳統紋影技術的基本原理[1-2]. 它可以像PIV技術一樣進行較大視場的流場測量, 但又不需要使用經典紋影技術中的大量精密光學儀器, 并且也不需要大口徑的均勻平行光源, 能更好地滿足風洞現場需要[3-6].

得益于背景紋影技術(background orieted schli-eren, BOS)的優點, 國內外廣泛地采用該技術進行各種流場的密度場定性顯示和定量測量[7-23]. Sourgen 等基于BOS和干涉測量技術開展了錐頭柱體、半球體、尖釘凸體等模型的密度場定量測量研究[24], 在下吹式超聲速風洞中獲得了來流Mach 2和3條件下的密度場測量結果, 并與CFD進行了相互驗證, 在激波區域最大差異約10%. Reinholtz等基于BOS技術在美國16T風洞中開展了人員艙模型的定性流場顯示試驗[25], 獲得了多個Mach數下、不同壓力、不同模型姿態條件下的流場顯示結果. Suriyanarayanan等針對微爆炸波流場應用BOS技術進行了密度場測量, 采用對稱性重構方……