聚焦科研 | 浅谈高精度气动热测试技术

发布时间:

2021-12-11

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科研负责人介绍

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周超 | 北京大学研究员、博导
北京大学航空航天工程系副系主任、叶轮机械实验室主任

  2010年博士毕业于剑桥大学惠特尔实验室,本硕毕业于南京航空航天大学,主要从事叶轮机械气动和传热研究。在领域内Top1期刊 Journal of Turbomachinery发表10篇论文。在发动机内流方面的研究工作获得学术界的广泛认可,被剑桥大学、牛津大学、英国帝国理工大学、南安普顿大学、苏黎世高工、德国亚深工业大学、美国斯坦福大学、普渡大学等高校的研究人员引用。

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  为了获得航空发动机叶片性能和飞行器的性能,必须实现高精度的空气动力学参数测量,所以接触式气动测量被广泛应用于航空发动机和飞行器的研制试验中。获得高精度的测试数据事关产品研制的成败,而气动和传热接触式测量技术是发动机和飞行器实验中的关键测试手段。

  国内高端测量技术严重依赖进口,缺乏高水平测试方案的设计经验。国家投入大量经费建设试验台,为了能在试验台上获得丰富、准确的数据,必须要发展高精度的测试系统和设备。

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图1 先进的探针设计技术

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2 探针的标定及典型应用场景

测试和仪表市场规模巨大。在航空航天高端需求方面,每年仅国家投入就达到数亿元,测试测量系统集成与仪表行业相关度极大,在各类仪表的采购需求中,往往伴随着测试测量系统集成需求一起,随着系统复杂性的不断增强,对测试测量的需求已经从单个部件进行数据记录提升至集成的系统需求。
  发动机和飞行器的测试测量系统集成传感器技术、仪器仪表技术、测试测量方法,并以软件的方式进行多传感器多仪表控制及采集,最终实现可定制化的测试测量系统。这些设备不但能在飞行器和发动机领域被使用,同时也可以广泛应用于科学及工业领域的各行各业。
  用于飞行器和发动机测试测量系统是具有高技术含量的系统,在飞行条件、发动机工作条件下进行高精度的气动测试难度大,是关键技术。目前国家重大科研任务多,科研院所及高校面临的测试测量需求旺盛,但是存在定制化开发难度高、周期长的问题。

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图3 各研究内容之间的关系

因此,针对高精度气动热测试技术的研究及定制化开发迫在眉睫,主要包括以下四个方面:气动测试手段的研制、开展飞行器模拟流场测试示范、开支发动机模拟流场测试示范、测试系统的集成和定制。
  高精度气动热测试技术研制可转化产品为高精度气动探针和测试系统、快速响应热测量系统、系统集成和平台系统等。这些产品被广泛应用于航空发动机和燃气轮机的研制生产中,并在飞行器、汽车、风电和可重复使用火箭等领域有明确的应用需求,对高端装备产业具有极大的意义。

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