等熵轻质活塞风洞中活塞质量对匹配压力振荡的影响

等熵轻质活塞风洞的管道中被压缩的气体是作为实验段的气源，在实验阶段，要求其压力维持恒值，称此压力为匹配压力，这一条件只有在忽略活塞质量的理想情况下才可实现，本文研究在实际情况下，即考虑活塞质量时，质量对匹配压力振荡的影响，从而得出活塞质量的选择范围。     

自由活塞激波风洞

自由活塞激波风洞是一种使用自由活塞压缩器驱动的高焓脉冲型激波风洞。这种风洞是由R J Stalker提出并在澳大利亚国立大学首先建成和逐渐发展起来的高焓实验设备。经过30多年的改进与发展,日趋完善,现已成为研究高超声速气动加热、计及真实气体效应的气体动力学现象、特别是超声速或高超声速燃氢冲压发动机(scamjet)的重要设备之一,受到国际上航空航天界的重视。本文概述了自由活塞激波风洞的发展过程,系统地阐述了这种设备的结构特点和运行原理,给出了性能参数的计算方法和算例,及其性能指标,并讨论了这类风洞的优缺点。      

自由活塞压缩管ALE方法数值模拟

当前国际上实现高焓气体流动的实验手段之一是自由活塞驱动类脉冲设备,包括自由活塞激波风洞和自由活塞膨胀管.采用自由活塞压缩管作为激波风洞和膨胀管的驱动段时,其驱动能力在很大程度上决定了该类设备的性能.本文采用计算流体力学中任意拉格朗日——欧拉方法(arbitrary Lagrangian Eulerian)数值模拟了压缩管内部的自由活塞运动和气体流动特征.采用移动网格技术来适应活塞运动边界,耦合求解网格运动和气体流动过程,并通过双时间步长方法进行流体运动的时间积分.为了满足几何守恒律(geometric conservation law),对移动网格的法向矢量和表面面积计算进行了修正.不同时刻的活塞位置试验测量结果及欧拉方法预测结果,以及基于简单波理论获得的运动活塞底部气体压力、活塞速度与活塞位置都与当前的ALE方法十分一致.该工作为下一步数值模拟自由活塞激波风洞和自由活塞膨胀管中包括压缩管、激波管和喷管等不同部位的耦合流动提供了基础.      

炸药裂缝燃烧增压过程的一维理论

为了深入理解炸药裂缝燃烧演化过程中的压力增长行为，提升对事故点火下武器装药向高烈度反应转变机制的认识水平，基于炸药预置裂缝燃烧演化压力历程分析，对某HMX基PBX炸药裂缝燃烧的增压过程开展了理论计算。采用气体动力学相关理论建立了简化的炸药燃烧产物流动模型，基于一维等熵流动假设预测了不考虑黏性和摩擦阻力情况下炸药预置裂缝的燃烧压力增长过程，计算结果显示压力增长阶段与实验结果定性符合，为理解炸药裂缝燃烧的增压行为提供了一种理论解释。     

炮风洞喷管开放后的自由活塞压缩过程

本文考虑炮风洞喷管开放后的自由活塞压缩过程,建立了活塞运动方程和喷管流动方程,并采用有限差分法和电子计算机进行了计算.根据计算结果,讨论了在各种初始条件下,喷管开放后活塞的过冲、反跳、摆动及平衡运行和峰压等有关问题.并把这些结果与传统的以闭喷管为基础的平衡活塞运行技术及一些实验结果进行了比较,对有关炮风洞的调试工作提出了一些有意义的参考数据.     

高超声速激波风洞研究进展

回顾了高超声速激波风洞的研制与发展,并依据高超声速实验研究对地面实验模拟技术的要求,分别介绍了应用轻气体、自由活塞和爆轰驱动技术研制的主要激波风洞的性能、特点和存在问题.重点介绍了爆轰驱动高焓激波风洞的3种主要运行模式:反向、正向爆轰驱动与双爆轰驱动. 根据这些运行模式的工作原理,分析了应用这些驱动技术产生的高温、高压气源的特点,探讨了不同驱动技术可能影响激波风洞性能的关键问题与解决方法.目前发展的激波风洞已经能够用于开展马赫数3$\sim$30的高超声速流动的试验模拟研究,但是试验气流的品质还不能满足高超声速科技研究的需求.为了获得可靠的实验结果, 通过不断改进、完善、提高激波风洞的性能,尽可能复现高超声速飞行条件是今后主要的研究方向.      

考虑活塞回复的侧向后喷武器两相流数值模拟

为研究活塞回复运动对火药燃气流动的影响,基于两相流理论对活塞控制侧向后喷武器的发射过程进行了数值模拟研究。考虑控制侧向后喷通道开闭的活塞-弹簧系统的往复运动,建立了结合膛内气固两相流、活塞腔内流固耦合和侧向排气管内气体瞬态流动的武器发射过程数学模型,并将数值模拟结果与相关文献进行了比较验证。得到了该武器发射过程中膛内流场分布与稀疏波传播特性,并与普通武器的膛内流场进行了对比分析。进一步研究了活塞回复运动对火药燃气流动和减后坐效率的影响。结果表明:相对于不考虑活塞的回复运动,在弹丸初速都降低1.52%的情况下,因为活塞回复关闭后喷通道,其减后坐效率由38.86%下降到32.88%,说明在此类武器研究中,不可忽视活塞回复运动。     

内燃机气缸套失圆对活塞动压润滑和摩擦特性的影响

根据流体动力润滑理论与活塞动力学方程建立了相关分析模型,在考虑内燃机工作过程中实际存在的气缸套失圆变形基础上,分析了活塞的横向运动,考察了活塞裙部的压力场和摩擦特性.结果表明:与不考虑失圆变形时相比,考虑失圆变形时的润滑油膜压力场的峰值降低,裙部流体压力负荷得以缓解;考虑失圆变形后的摩擦力和摩擦功耗增大,失圆程度越大,所产生的摩擦力和摩擦功耗的增量越大.因此,在活塞设计过程中应当重视失圆变形对活塞裙部润滑和摩擦特性的影响.     

缸套-活塞系统润滑行为与动力学行为耦合分析

建立了缸套-活塞系统油膜润滑与动力学行为耦合分析模型，并用数值方法进行了仿真计算，用有限元法计算了缸体的结构动力响应；通过采用有限差分法求解平均雷诺方程计算了缸套和活塞间的流体润滑特性，并探讨了活塞二阶振动的影响；采用顺序耦合的方法计算了考虑缸套-活塞摩擦、润滑与缸体结构振动、活塞二阶振动耦合作用的缸套-活塞间最小油膜厚度变化、摩擦力及摩擦功耗等．同不考虑缸体振动时的相应分析和计算结果对比发现，缸体结构振动对油膜润滑特性具有重要影响．     

小型材料等熵压缩磁压加载脉冲功率发生装置理论设计

材料等熵压缩磁压加载技术是当今美、俄、法等国家用于材料完全物态方程和动力学性能研究的重要和热门手段.文章综述了国外材料等熵压缩磁压加载技术研究进展,分析了磁压加载等熵压缩的基本原理.在此基础上提出了适合国内实验室研究、压力范围50GPa以内的小型材料等熵压缩磁压加载脉冲功率发生装置的设计指标,即回路放电电流上升时间500ns以内、峰值1MA以上.进而利用OrCAD/Pspice软件对装置的电感、电容等基本参数进行了优化设计,基于此提出了达到设计指标装置的工作方式.     

活塞二阶运动及活塞裙部摩擦的瞬态分析

为分析不同工况下内燃机活塞-缸套系统的摩擦学和动力学行为,本文从内燃机系统动力学分析入手,结合流体润滑方程,建立了考虑系统变惯量影响的活塞二阶运动与摩擦学行为的瞬态分析模型.以某型号单缸机为例,计算和比较了整个启动过程中曲轴转速、二阶运动及摩擦功耗的变化;对比分析了启动时第一周期与稳定运行时某一周期内活塞二阶运动和活塞裙部摩擦学行为的差别.结果表明:该模型可应用于内燃机动力学和摩擦学行为的稳态及瞬态分析.     

Technique of Measuring Piston Secondary Motion Using Laser Displacement Sensors

An experimental technique for measuring the distinct modes of piston secondary motion is described in this study. The measurement system consists of three laser displacement sensors with the laser spots aimed at the piston crown, where the target area is machined with flat slot and a 45° slope profile to provide the necessary reflective angle in order to obtain the rotational and lateral motion of the piston head. The Pearson??s correlation coefficient revealed a strong relationship between the rotational motion and the lateral motion of the piston at a low engine speed of 100?rpm, and this correlation is weakened as the speed increases up to 500?rpm. The lateral motion results captured by the laser displacement sensor are verified by comparing the frequency components of the lateral motion with the frequency components of the lateral acceleration measured using a triaxial accelerometer. The measurements of the distinct modes of the piston secondary motion are shown to be valid and reasonable.     

基于当地流活塞理论的气动弹性计算方法研究

发展了一种高效、高精度的超音速、高超音速非定常气动力计算 方法------基于定常CFD技术的当地流活塞理论. 运用当地流活塞理论计算非定常 气动力，耦合结构运动方程，实现超音速、高超音速气动弹性的时域模拟. 运用这 种方法计算了一系列非定常气动力算例和颤振算例，并和原始活塞理论、非定 常Euler方程结果作了比较. 由于局部地使用活塞理论假设，这种方法大大地克服 了原始活塞理论对飞行马赫数、翼型厚度和飞行迎角的 限制. 与非定常Euler方程方法相比，当地流活塞理论的效率很高.     

活塞环组摩擦及润滑特性的综合分析

基于二维平均流量模型和微凸体接触模型，提出了一种分析内燃机活塞环组润滑的模型，同时还对油膜厚度进行了实测，理论值与实测值具有良好的一致性，并且运用这种模型求出了活塞环－缸套之间油膜厚度的三维分布，发现油膜厚度沿圆周方向存在不均匀性．在分析中还考虑了贫油的影响，而且首次探讨了活塞系统的二阶运动对活塞环组润滑特性的影响，给出了不同结构下活塞系统的摩擦力和摩擦功耗．     

Experimental investigation on tunnel sonic boom

Upon the entrance of a high-speed train into a relatively long train tunnel, compression waves are generated in front of the train. These compression waves subsequently coalesce into a weak shock wave so that a unpleasant sonic boom is emitted from the tunnel exit. In order to investigate the generation of the weak shock wave in train tunnels and the emission of the resulting sonic boom from the train tunnel exit and to search for methods for the reduction of these sonic booms, a 1300 scaled train tunnel simulator was constructed and simulation experiments were carried out using this facility.In the train tunnel simulator, an 18 mm dia. and 200 mm long plastic piston moves along a 40 mm dia. and 25 m long test section with speed ranging from 60 to 100 m/s. The tunnel simulator was tilted 8° to the floor so that the attenuation of the piston speed was not more than 10 % of its entrance speed. Pressure measurements along the tunnel simulator and holographic interferometric optical flow visualization of weak shock waves in the tunnel simulator clearly showed that compression waves, with propagation, coalesced into a weak shock wave. Although, for reduction of the sonic boom in prototype train tunnels, the installation of a hood at the entrance of the tunnels was known to be useful for their suppression, this effect was confirmed in the present experiment and found to be effective particularly for low piston speeds. The installation of a partially perforated wall at the exit of the tunnel simulator was found to smear pressure gradients at the shock. This effect is significant for higher piston speeds. Throughout the series of train tunnel simulator experiments, the combination of both the entrance hood and the perforated wall significantly reduces shock overpressures for piston speeds ofu _p ranging from 60 to 100 m/s. These experimental findings were then applied to a real train tunnel and good agreement was obtained between the tunnel simulator result and the real tunnel measurements.     

进口润滑条件对活塞环-缸套摩擦副润滑性能的影响

目前内燃机活塞环-缸套摩擦副润滑分析中,活塞环与缸套之间的润滑状态一般假设为充分润滑或固定状况的贫油润滑,不是通过对实际润滑油膜形成情况的分析确定.本文中以一多缸四行程内燃机为研究对象,基于润滑油流量以及控制体体积变化方程,建立活塞环-缸套间润滑油的流动模型,进行了不同进口处润滑油膜供给量对活塞环-缸套摩擦副润滑特性的影响分析.结果表明:活塞环进口处的润滑条件对活塞环-缸套摩擦副的润滑性能有显著影响;进口处润滑油供给量增加,活塞环-缸套摩擦副的最小油膜厚度增加,最大油膜压力、微凸体作用力、摩擦力和功耗均相应减小;进口处供给油膜厚度较小的情况下,增加油膜供给厚度可以明显改善活塞环-缸套摩擦副的润滑性能.     

内燃机活塞环磨损试验研究

采用薄层活化法考察了Ｓ１１００柴油机活塞环的磨损行为，发现该方法具有灵敏度高，可在线测量和放射性低等特点，经２００ｈ连续运行，待测环的实测磨损率与计算结果相吻合。