● 摘要
随着航空发动机推重比的提高，压气机和涡轮的单级负荷在不断增大，发动机内部的超声速流动现象更加普遍。发动机性能的每一次提高都是建立在对发动机内部流动认识不断深入的基础之上，认识特定流动现象信息的需要也驱动着空气动力学流动测量技术的不断发展。气动探针技术在亚声速流场测量中已经获得很好的应用，而在超声速流场中，由于激波的存在使得该技术的应用变得复杂。理清气动探针技术在超声速流场测量中的应用特点是正确地将其应用于超声速流场测量的前提。为将总压探针更好地应用于超声速流场测量中，本文展开了一系列研究。
本文首先对原有风洞进行了结构改造，设计并加工了4个拉瓦尔喷管，使风洞能够提供马赫数1.1~1.4的超声速来流，创造了超声速测量研究的基本条件。风洞使用的拉瓦尔喷管的设计质量进行了数值和实验验证，数值结果表明喷管的出口马赫数达到了设计马赫数并且出口马赫数分布均匀，喷管射流波系微弱，实验结果表明喷管射流波系不明显。这说明本文设计的拉瓦尔喷管能够满足超声速流场测量研究工作的需求。
数值方面，本文探讨了总压探针在超声速流场中测量的数值模拟方法，研究了超声速流场中影响总压探针角度特性的因素及其影响规律。计算了零度攻角下总压探针的测量情况及变攻角下的角度特性曲线并分别与理论值和已有实验结果进行了对比，结果都吻合得很好。这说明本文建立的总压探针计算模型是合理的，计算中网格的划分及边界条件的设置适合带激波的流场计算。数值研究结果表明：1）工程中将总压探针正对均匀来流时的测量值近似等于气流经过一道正激波后的总压的做法是合理的；2）总压探针前的弓形激波强度受来流马赫数及测量攻角的影响，弓形激波是影响总压探针在超声速流场中的角度特性的重要因素。
实验方面，本文首先探讨了在具有波系的拉瓦尔喷管射流中研究总压探针角度特性的最佳位置，在此基础上研究了圆锥形内腔半锥角、引压通道直径以及马赫数对圆柱外形且带圆锥形内腔的总压探针的角度特性的影响。结果表明超声速流场中，对于圆柱外形且带圆锥形内腔的总压探针，其内腔半锥角越小、敏感角度越大；引压通道直径越大，敏感角度越大；探针的敏感角度随马赫数的增大有增大的趋势。