本文關(guān)鍵詞：高超聲速風(fēng)洞模型表面摩阻測量技術(shù)研究

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【摘要】：表面摩擦阻力(簡稱“摩阻”)在高超聲速飛行器阻力特性中占有很大比重,其精確測量是現(xiàn)代高超聲速飛行器發(fā)展亟需解決的關(guān)鍵技術(shù)問題之一。MEMS摩阻傳感器具有實現(xiàn)高超聲速表面摩阻直接測量并廣泛應(yīng)用的潛力,對飛行器研制和各種高超聲速流動問題研究都具有重要意義。目前,MEMS摩阻傳感器尚未在高超聲速表面摩阻測量中得到實際應(yīng)用,還有很多問題有待研究。本文系統(tǒng)地研究了高超聲速表面摩阻直接測量的原理與方法,利用數(shù)值模擬方法研究了基于直接測量的摩阻傳感器對待測壁面摩阻測量的影響規(guī)律;介紹了基于MEMS技術(shù)的高超聲速表面摩阻測量方法與新型敏感結(jié)構(gòu);研究了基于MEMS技術(shù)的組合式加工工藝和微弱電容檢測技術(shù),研制了MEMS摩阻傳感器原理樣機(jī);對研制的原理樣機(jī)進(jìn)行靜態(tài)校準(zhǔn),并開展了高超聲速風(fēng)洞驗證試驗。本文主要由以下章節(jié)組成:一、通過查閱文獻(xiàn)掌握了國內(nèi)外摩阻測量技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀,闡述了高超聲速飛行器減阻研究對摩阻精確測量的迫切需求,分析了利用MEMS技術(shù)進(jìn)行摩阻測量的適用性和可行性。二、利用商業(yè)CFD軟件對高超聲速平板摩阻測量載荷評估,初步確定摩阻傳感器的性能設(shè)計指標(biāo),量程為0~100Pa,分辨率為1Pa;獲取摩阻傳感器浮動元件的移動間隙及與待測壁面的平齊度對摩阻測量的影響規(guī)律,為摩阻傳感器研制提供參考依據(jù)。三、介紹了一種高超聲速表面摩阻測量方法和一款新型MEMS摩阻傳感器的敏感結(jié)構(gòu),研究了基于MEMS技術(shù)的組合加工工藝和微弱電容檢測技術(shù),研制出MEMS摩阻傳感器的原理樣機(jī)。四、利用旋轉(zhuǎn)加載平臺對MEMS摩阻傳感器樣機(jī)進(jìn)行靜態(tài)校準(zhǔn),結(jié)果表明:研制的MEMS摩阻傳感器樣機(jī)量程為0~100Pa,分辨率為1Pa,樣機(jī)的靜校重復(fù)性精度總體上優(yōu)于1.5%,線性度優(yōu)于2%。五、開展高超聲速風(fēng)洞摩阻測量驗證試驗,驗證摩阻傳感器樣機(jī)的性能。選擇性能較好的摩阻傳感器樣機(jī),進(jìn)行重復(fù)性試驗和高動壓驗證試驗。重復(fù)性試驗結(jié)果表明,摩阻傳感器樣機(jī)響應(yīng)迅速、測量輸出信號穩(wěn)定、回零性好、重復(fù)性精度高,其中6#摩阻傳感器樣機(jī)7次車的試驗重復(fù)性精度為1.38%;高動壓驗證試驗表明,在較高總壓(2MPa、3MPa)條件下具有較強(qiáng)的抗沖擊能力。研究結(jié)果表明:本文建立了一種基于MEMS傳感器的高超聲速風(fēng)洞模型表面摩阻測量技術(shù);設(shè)計的MEMS摩阻傳感器敏感結(jié)構(gòu)以及封裝形式適用于高超聲速來流試驗狀態(tài);研制的MEMS摩阻傳感器原理樣機(jī)靈敏度高,抗干擾能力強(qiáng),數(shù)據(jù)輸出穩(wěn)定,能夠滿足高超聲速風(fēng)洞摩阻測量試驗需求。
【學(xué)位授予單位】：中國空氣動力研究與發(fā)展中心
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：V211.74

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本文編號：1252688