小喉道大面积比喷管气动激光器小讯号增益实验

本文介绍了喷管喉道高度为0.3毫米、面积比为30的燃烧驱动CO_2气动激光器的某些实验结果。研究了小讯号增益系数G_0随CO_2和H_2O组分变化的规律,与喷管喉道高度为0.8毫米、面积比为17的同类装置实验数据进行比较,可以看出小喉道、大面积比喷管的气动激光器有一定的优越性,小讯号增益G_0能提高百分之五十,适用水分可从百分之一增加到百分之五。     

喷管内水蒸气非平衡凝结流动数值模拟研究

基于水蒸气非平衡凝结动力学模型和水蒸气真实热力学性质模型,建立了水蒸气跨声速非平衡凝结流动数值模型,对喷管内水蒸气非平衡凝结流动进行了数值模拟,模型成功地捕捉到了凝结激波,并且模拟结果与实验数据吻合较好,证明了所建立数值模型的准确性和可靠性。在此基础上研究了水蒸气在跨声速流动过程中发生的非平衡凝结现象以及对流场产生的影响,发现水蒸气凝结现象对流场的影响非常显著;并对凝结激波的产生过程和原因进行了详细分析。     

跨音速湿空气非平衡凝结流动的数值研究

跨音速流动条件下湿空气中的水蒸气由于快速膨胀而发生非平衡凝结,凝结潜热对跨音速气流进行加热,会显著改变气流的流动特性。通过对商用计算流体动力学软件FLUENT进行二次开发,建立了湿空气非平衡凝结流动的数值求解方法。该方法可用于二维或三维、粘性或无粘、内流或外流的求解中。采用该方法分剐对缩放喷管、透平叶栅以及绕CA-0.1圆弧翼型的湿空气非平衡凝结流动进行了数值分析。计算结果表明：湿空气凝结手l起缩放喷管中的凝结激波、导致叶橱流动中总压降低;对于翼型周围的流动,在相对湿度分别为50％、57．1％、64.1％时,依次计算得到了单激波、五激波、双激波。     

跨声速双曲型喷管流动

本文采用保角曲线坐标方法分析双曲型喷管喉部跨声速流动特性,给出了跨声速双曲型喷管流动的一般解.这个解适用于不同的喉部壁面曲率半径,适用于不同的比热比.通过计算给出了不同比热比下喉部跨声速流场的主要参数与曲率半径的关系以及典型跨声速流场的等马赫数线分布.本方法计算简单,精度较高,可作喷管设计,特别是气动激光喷管设计参考.     

考虑振动非平衡的可压缩库埃特流动及其传热

新型近空间高超声速飞行器大多具有尖头薄翼的外形,驻点下游机身附近的强剪切流动及气动加热具有显著的非平衡特征.由于加热总量预估和实验测热数据辨识的需要,工程上越来越关注强剪切非平衡流动及气动加热预测问题.本文结合理论建模和直接模拟蒙特卡洛数值模拟,研究了振动非平衡条件下的可压缩库埃特流动的气动力/热问题.首先基于参考温度...     

二元亚跨声速喷管流动

本文求解了收缩比、扩张比和喉部壁面曲率半径均可任意选取的二元拉伐尔喷管的亚跨声速流动。通过算例,对于收缩角和扩张角对喷管流动的影响、喉部附近喷管流动类型的转变以及喷管流动中超声速泡的出现条件和影响因素等进行了讨论。     

基区无吹氦环柱型高超音速低温喷管流场分析

设计了小基区、基区不吹He的环柱型高能化学激光器环形HYLTE喷管 阵列，并使用数值模拟的方法对环形HYLTE喷管阵列流场的气动性能和光学性能进行了分 析. 结果表明，该设计有利于形成ν= 1 →ν = 0之间振转跃迁谱线，不利 于ν = 2→ν =1之间振转跃迁谱线的形成，由于光腔区绝大多数的HF(2)分 子碰撞去激活后成为HF(1)分子，从而使1P谱线的小信号增益倍增，无基 区吹He的设计有利于提高高能化学激光 器的效率. 采用小基区的设计可以增大喷管阵列的功率流密度，无基区吹He的设计不但可 以使复杂的环形高超音速低温喷管叶片的加工与装配得到简化，而且降低了激光器工作 气体的消耗. 因此该设计不但有利于实现高能激光器的紧凑化设计，还有利于节省高能 激光器建造和运行的成本.     

高超声速喷管设计理论与方法

在高超声速飞行技术领域, 特别是涉及到高焓气体流动的研究, 高超声速风洞试验仍然是目前最可靠的研究手段. 风洞流场的品质是高超声速风洞研发最重要的一项性能指标, 其取决于喷管设计采用的理论与方法, 也是风洞设计最关注的一项核心技术. 针对二维轴对称型面喷管设计, 本文首先综述了传统高超声速喷管设计的主要理论和常用方法, 它们在高超声速喷管设计中曾经发挥了重要作用, 包括理论方法, 近似方法和基于两者的修正方法. 然后, 考虑高温气体效应, 分析了高焓喷管设计时面临的困难与问题, 从流动介质物性变化、高温边界层发展和非平衡过程效应三方面, 综述了国内外在高超声速高焓喷管设计方面的研究进展. 最后, 对于高焓喷管的设计理论和方法的发展作了展望, 期望对于推动我国高超声速高焓喷管设计技术的发展提供一些有意义的启示.      

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.     

气动激光器的非平衡流计算

本文对CO_2-N_2-H_2O激光体系提出了三振型四温度的振动弛豫模型,并给出了较严格的弛豫方程组.对准一维非平衡流计算中有关的一系列问题作了分析,并用自己整理的弛豫速率数据进行了大量的数值计算.我们的计算结果消除了其他作者的计算与实验不能很好相符的现象.加大膨胀面积比,可有效地改进器件性能,适当地减小喉道高度,对性能也有所改进.对于燃烧型气动激光器,滞止温度有一个最佳值,在1400—1600°K范围内.与Anderson的论证相异,我们的计算结果表明,在高滞止温度、大面积比的喷管流中,水的最佳含量仍在1％附近,器件性能随水含量的增加而迅速变坏.研究了各段喷管型线对器件性能的影响.初步讨论了弛豫模型、方程和数据对计算的影响,表明它们对结果影响颇大.     

高超声速点泉流场中的气动力

高超声速点泉流场是一种典型的非均匀来流流场。很多高速高焓地面实验设备,如具有锥型喷管的激波管风洞、炮风洞、电弧风洞等,其流场均具有高超声速球型膨胀的点泉流动特征。某些外部绕流也是如此。我们要用简便而正确的解析方法确定这种非均匀来流中物体的气动力,分析非均匀来流对压力分布及各种气动特性的影响。已有的一些     

亚跨超声速喷管流场

本文给出保角曲线坐标下理想气体二维定常无旋等熵流函数方程的一般形式.以相应的不可压缩位势流的流线和等位线为坐标,给出简化的流函数方程和它的一般解.将上述结果应用到喷管流动,给出喉部壁面曲率半径、收缩比、壁面最大倾角都可按需要选取的,从亚声速通过跨声速到超声速的喷管流动解.这个解适用于不同比热比. 作为应用举例,本文算出典型喷管的流动特性.其中包括:低亚声速、中亚声速、高亚声速喷管流动的等马赫数线;超声速喷管流动的声速线、等马赫数线、影响线、极限特征线、分支线和等时线等. 本方法可推广到绕物体外部流动,管道内绕物体流动,叶栅流动等,特别是在跨声速区可得到较好的结果.此外,可推广到具有平衡或非平衡的化学反应的情况;也可推广到轴对称情况.     

基于格子Boltzmann方法的非平衡气动加热算法

提出了一种新的Euler与Boltzmann方程结合的气动加热数值计算方法。该方法首先采用CFD软件中的FLUENT来获取三维复杂外形边界层外缘气动参数,通过可压缩格子Boltzmann方法(LBM)的微观非平衡粒子的流动和碰撞来模拟边界层中气体热流动过程,解决了工程方法和N-S方法的适用范围不足和计算效率低下的问题。在每个LBM的流动与碰撞的过程中通过更新密度分布函数来使得宏观的速度和温度计算得以耦合。同时,对热LBM模型还做了湍流比拟和改进来扩展其应用范围。最后,通过一组高超声速气动加热试验数据证明了该结合方案的正确性和有效性,并讨论了该结合方案较其它常用方法的优缺点。     

高超声速非平衡流动-辐射特性数值模拟研究

飞行器高超声速飞行过程中所承受对流加热和辐射加热可能具有相当的量级,因此合理准确预测气动加热需要将二者进行综合考虑.文章发展了具有非玻尔兹曼电子能级分布和振动能级分布的高温空气碰撞辐射模型,并耦合一维激波后流动方程计算不同飞行条件下激波后的非平衡流动特性,采用逐线辐射输运模型计算获得激波后非平衡辐射特性、辐射强度和辐射输运通量,深入比较分析了不同飞行高度和马赫数对非平衡流动和辐射输运过程的影响.计算结果表明对于高空高马赫飞行条件,其波后流动存在显著的热力学非平衡、化学非平衡和能级非平衡特征,在近激波区域高振动能级和原子高束缚电子激发态明显低于玻尔兹曼分布.在高空高马赫条件下真空紫外辐射占据主导地位,主要是由高能原子束缚-束缚跃迁造成的.随着高度和马赫数的下降,激波层内气体解离和电离程度降低,原子辐射贡献下降,分子辐射贡献增加,导致红外、可见光和紫外波段的辐射输运增强,真空紫外辐射输运过程减弱.     

爆炸气动激光器

本文目的在于介绍新型气动激光器,即利用固态物质的爆炸来取得初始高温气体混合物的激光器。气动激光器是在文献[1,2]中提出的。其基本想法已由文献[3]的作者们探讨过。文献[4,5]对气动激光器的工作过程进行了比较详细的理论研究。建造气动激光器的想法已在实验上实现,苏联国内外      

流量10公斤/秒CO_2气动激光器

前言气动激光器是目前输出功率最高的高能激光器之一。国外报道1970年燃烧型连续输出达六万瓦,1973年激波管型输出达四十万瓦。我们从1971年起开展气动激光器的研究工作,先后建成三台不同大小的燃烧型CO_2气动装置,从实验和理论两方面对气动激光的微 ...     

高温热化学非平衡气动热试验与仿真技术研究进展

临近空间新型飞行器向全空域、更高马赫数发展,面临的气动热环境会越发恶劣,高温流场气动热预测技术是该类飞行器发展的关键技术之一.高超声速气流通过激波压缩或黏性阻滞减速,分子动能转化为内能,产生了高温.高温引起体分子振动、电子激发,伴随离解、电离反应等一系列复杂气动物理现象,其流场气动热预测面临诸多挑战.文章对高温热化学非平衡气动热预测技术的发展情况进行了分析探讨.首先,阐述了国内外高温气动热地面试验技术的发展历程,重点介绍分析了气动热风洞试验设备的模拟能力及目前试验测试技术的研究水平;然后,调研和讨论了高温气动热数值模拟研究现状,分别从热化学模型、辐射输运和壁面催化/烧蚀等多个角度探讨了热化学非平衡流场气动热数值模拟规律;最后,对气动热预测技术的发展趋势进行了讨论,提出了高温气动热试验与仿真技术后续应重点解决的问题.     

湿空气非平衡凝结对压气机叶栅性能影响的数值研究

跨音速流动条件下湿空气中的水蒸气由于快速膨胀而发生非平衡凝结,凝结潜热与跨音速气流耦合会显著改变流场结构。本文建立了湿空气非平衡凝结流动的数学物理模型,对三种工况下压气机叶栅内湿空气凝结流动进行计算分析。计算结果表明:湿空气压气机叶栅流动中,湿空气中水蒸气有可能发生非平衡凝结从而对叶栅通道内的流动产生强烈影响,改变流场内的激波结构,叶栅内压力系数减小最大幅度由1.38减小到0.76。     

高温激波管化学非平衡流动数值模拟研究

为了预测氢氧定容燃烧驱动的高温激波管性能,需要准确分析激波管非定常化学非平衡流动过程.本文在破膜前的驱动段定容燃烧以及破膜后的化学非平衡流动数值模拟中,引入双时间步长方法,发展高温激波管化学非平衡流动数值模拟方法,该方法在时间上具有二阶精度.计算结果与目前存在的激波管流动解析解以及零维化学反应系统的数值解进行了比较,吻合较好.对于典型高温激波管状态,采用有限体积方法离散准一维流动Euler控制方程,并通过将流动过程和化学反应动力学过程耦合求解,获得了激波管内部的化学非平衡流动特征.     

一种单级入轨火箭发动机概念--气动塞式喷管发动机

综述了研制新一代可重复使用的航天运载器推进系统的需求和目标,介绍了一种单级入轨的火箭发动机概念──气动塞式喷管发动机,并给出了有关气动塞发动机的概念分析、研究进展和工作展望．