消息与动态

烧蚀试验纵横向自动送进系统研制成功电弧加热器烧蚀试验是研究再入飞行器防热层的地面模拟试验的主要手段。为了更好地模拟飞行条件,人们一直致力于电弧加热器性能的改进。随着电弧加热器运行技术的提高,用来测量参数的各种水冷探针极易烧毁。因此瞬态焓探针,零点量热计等快速扫掠型探针应运而生,而后者需要一套可调速     

消息与动态 (十四)

烧蚀试验纵横向自动送进系统研制成功电弧加热器烧蚀试验是研究再入飞行器防热层的地面模拟试验的主要手段。为了更好地模拟飞行条件,人们一直致力于电弧加热器性能的改进。随着电弧加热器运行技术的提高,用来测量参数的各种水冷探针极易烧毁。因此瞬态焓探针,零点量热计等快速扫掠型探针应运而生,而后者需要一套可调速 ...     

快速静电探针的研制与应用

静电探针作为等离子体诊断的一种基本手段,在许多高温气体动力学的地面模拟实验设备(诸如电弧加热器、等离子体风洞、火箭发动机、激波管、高速弹道靶等)以及再人飞行试验中均有广泛的应用。因此,它对于同遥测、通 ...     

电弧加热器中的放电

一、引言1.电弧加热器的应用与发展十九世纪就在实验室中发现了电弧现象。从本世纪以来,电弧在工业和科学技术中的应用一直在不断增长。在一些老的技术领域如电光源、焊接、熔炼、化工中,电弧的应用不断有新的发展,而近十多年来空间技术的发展(主要是高温模拟试骏设备),又促使电弧加热器的研制提高到新      

改善再入通讯的化学减轻实验研究

化学减轻改善再入通讯是现实可行的技术途径,它是通过固体烧蚀和液体喷射的方法实现的。本文探讨化学减轻的机理和利用电弧风洞进行模拟实验研究的方法。实验是在H11DF电弧风洞中完成的,采用微波和探针两种诊断手段。通过大量实验确定了防热材料的烧蚀产物对流场电子密度和对电波传输的影响,以及喷射备种亲电子液体对流场电子密度的影响,为筛选防热材料及鉴定其性能提供依据。     

典型部件疏导式热防护试验技术研究

疏导式热防护是一种新型非烧蚀热防护技术,对未来高超声速飞行器发展具有十分重要的意义。为了验证疏导式热防护原理的有效性、合理性和优越性,并考核疏导式热防护技术实现途径的可行性,在传统热防护试验模拟技术的基础上,开发了大功率长寿命电弧加热和对流辐射耦合加热等试验技术,并考核了高温热管球柱疏导模型的疏导效果。电弧风洞试验结果表明:在高温热管球柱疏导模型防热层装入快速导热元件后,可以有效降低驻点高热流区的表面温度,提升低温区的表面温度,从而降低整体温差基本实现非烧蚀。由此可知该试验方法能够满足典型部件疏导式热防护机理探索及性能考核研究的需要。     

模拟Chelyabinsk小行星进入的烧蚀实验

烧蚀是小行星极高速进入地球大气层后最重要的现象之一,在很大程度上决定了小行星的质量/尺寸变化、飞行轨迹、甚至光辐射特性. 为观测小行星材料在超高速高温流场中的烧蚀现象,在电弧加热器上开展了模拟Chelyabinsk小行星事件典型弹道状态(速度约5.6 km/s,高度17 km,流星体直径1 m)的烧蚀实验. 试件为钝头外形,头部半径20 mm,半锥角18$^\circ$. 作为对比,试件分别采用玄武岩和碳钢材料. 成功记录了清晰的烧蚀动态过程,观察到两种材料试件表面的熔融损失流动、以及玄武岩试件的蒸发喷射和崩裂剥落等现象,全程测得烧蚀气体发射光谱、试件实时外形变化、表面热图变化等数据. 分析结果显示了两种材料明显不同的烧蚀现象和质量损失机制:碳钢在高温气流冲击作用下溅射成大量微小液滴,跟随气流高速流失;玄武岩质量损失以熔融物剪切流动为主,并伴随少量块状剥落及蒸发喷射. 烧蚀时间为4 s,玄武岩和碳钢的质量损失及驻点后退量分别为37.9 g,72.7 g以及7.3 mm,13.1 mm,估算玄武岩材料的有效烧蚀焓约为2.6 MJ/kg,两种材料的烧蚀光谱测量组分与电镜能谱扫描结果吻合.      

ARCJET ABLATION EXPERIMENT TO SIMULATE THE CHELYABINSK ASTEROID ENTRY 1)

烧蚀是小行星极高速进入地球大气层后最重要的现象之一,在很大程度上决定了小行星的质量/尺寸变化、飞行轨迹、甚至光辐射特性. 为观测小行星材料在超高速高温流场中的烧蚀现象,在电弧加热器上开展了模拟Chelyabinsk小行星事件典型弹道状态(速度约5.6 km/s,高度17 km,流星体直径1 m)的烧蚀实验. 试件为钝头外形,头部半径20 mm,半锥角18$^\circ$. 作为对比,试件分别采用玄武岩和碳钢材料. 成功记录了清晰的烧蚀动态过程,观察到两种材料试件表面的熔融损失流动、以及玄武岩试件的蒸发喷射和崩裂剥落等现象,全程测得烧蚀气体发射光谱、试件实时外形变化、表面热图变化等数据. 分析结果显示了两种材料明显不同的烧蚀现象和质量损失机制：碳钢在高温气流冲击作用下溅射成大量微小液滴,跟随气流高速流失;玄武岩质量损失以熔融物剪切流动为主,并伴随少量块状剥落及蒸发喷射. 烧蚀时间为4 s,玄武岩和碳钢的质量损失及驻点后退量分别为37.9 g,72.7 g以及7.3 mm,13.1 mm,估算玄武岩材料的有效烧蚀焓约为2.6 MJ/kg,两种材料的烧蚀光谱测量组分与电镜能谱扫描结果吻合.     

碳滑板电滑动温升及其对滑板磨损影响的试验研究

使用高速载流摩擦磨损试验机,研究了碳滑板与接触线电滑动摩擦时接触压力、相对滑动速度、电流和电弧放电能量变化对碳滑板温升的影响,比较了不同温升时碳滑板的磨损形貌.结果表明:滑板的温升随滑动速度、电流、电弧放电能量的增加而增加,随接触压力的增加而减小.碳滑板的磨损形貌观察显示:碳滑板的温升会显著影响滑板的磨损形貌,随着温升的增加,碳滑板的磨损就越严重.碳滑板的不同温升对应着不同的磨损机制:温升50℃左右时,碳滑板表面以片状剥离的机械磨损为主;温升90℃左右时,碳滑板表面以机械磨损为主,并出现少量的烧蚀区域;温升在180~200℃左右时,碳滑板表面出现大量的烧蚀区域,以电弧烧蚀磨损为主;温升在300℃左右时,碳滑板易出现疲劳裂纹,以电弧烧蚀磨损为主.     

铱丝静电探针及其在高温风洞中应用

本文介绍一种可测量高温气流电子密度、电子温度等参数的静电探针,并给出适用于空气等离子体的探针理论曲线。这种铱丝探针已成功地应用于电弧风洞。     

碳纤维增强复合材料微观烧蚀行为数值模拟

碳纤维增强复合材料已广泛应用于烧蚀热防护系统中,其微观结构直接影响材料的烧蚀行为,因此材料微观烧蚀机制分析对材料设计和制备具有重要意义.本文采用有限体积法并引入固体相体积分数与界面重构技术,建立了碳纤维增强复合材料微观烧蚀数值模型.利用该微观烧蚀数值模型对碳基体包裹单根碳纤维进行烧蚀模拟,将数值模拟的烧蚀形貌与解析解结果进行对比,验证了数值求解方法的正确性.对单向碳纤维增强复合材料在不同碳纤维倾斜角下的微观烧蚀行为进行了模拟分析,得到了碳纤维倾斜角对微观烧蚀行为的影响规律.研究发现:对于碳纤维的抗氧化性能比基体强的情况,当氧扩散速率远远大于碳氧反应速率时,碳纤维将出现"笋尖"状的烧蚀形貌;当碳氧反应速率远远大于氧扩散速率时,纤维和基体将以相同速率烧蚀.当碳纤维的抗氧化性能比基体强时,纤维倾斜角会对材料微观烧蚀行为产生较大影响;相反,则影响不显著.     

碳纤维增强复合材料微观烧蚀行为数值模拟

碳纤维增强复合材料已广泛应用于烧蚀热防护系统中,其微观结构直接影响材料的烧蚀行为,因此材料微观烧蚀机制分析对材料设计和制备具有重要意义.本文采用有限体积法并引入固体相体积分数与界面重构技术,建立了碳纤维增强复合材料微观烧蚀数值模型.利用该微观烧蚀数值模型对碳基体包裹单根碳纤维进行烧蚀模拟,将数值模拟的烧蚀形貌与解析解结果进行对比,验证了数值求解方法的正确性.对单向碳纤维增强复合材料在不同碳纤维倾斜角下的微观烧蚀行为进行了模拟分析,得到了碳纤维倾斜角对微观烧蚀行为的影响规律.研究发现:对于碳纤维的抗氧化性能比基体强的情况,当氧扩散速率远远大于碳氧反应速率时,碳纤维将出现"笋尖"状的烧蚀形貌;当碳氧反应速率远远大于氧扩散速率时,纤维和基体将以相同速率烧蚀.当碳纤维的抗氧化性能比基体强时,纤维倾斜角会对材料微观烧蚀行为产生较大影响;相反,则影响不显著.      

高导C/C材料在疏导式热防护中的应用探索

针对高超声速飞行器飞行时气动加热严重的问题，为了保证高升阻比外形，提出疏导式热防护结构，建立了一套内置高导C/C材料的疏导式热防护结构原理模型，通过数值模拟和电弧风洞的方法对疏导式热防护结构进行了分析，得到内置高导C/C材料的防热效果．数值模拟结果表明来流马赫数为8时，模型驻点温度下降了500度，柱面最低升高了380度，实现了热流从高温区到低温区的疏导，减弱了端头的热载荷，强化了端头的热防护能力．通过电弧风洞试验可以获得相似的结果，内置普通C/C材料表层抗氧化层出现严重烧蚀，而内置高导C/C材料基本不变，验证了数值模拟方法的准确性以及内置高导C/C材料疏导式热防护结构的有效性．     

电弧风洞试验段气流质量流量测量

前言电弧风洞试验段气流的总压、静压和质量流量是校准试验段气流中的重要参数。由于空气在电弧加热器中加热的不均匀性、非型线喷管的不均匀膨胀、喷管壁的冷却作用以及喷管壁附面层的影响,试验段气流参数沿气流的径向分布是不均匀的。同时,由于锥形喷管气流的发散作用,气流参数沿气流轴向 ...     

强热流作用下热区转移保护法的分析

现代技术的发展,要求处理一些强热流作用下固体表面的防护问题,例如电弧等离子体发生器的阳极表面和强激光辐射下的固体表面的防护。高气压电弧加热器阳极表面的热流强度可达10~3瓩/厘米~2。对于这样高的热流强度,弧根固定在阳极区一个点上而不烧损是不可能的。因为从稳定的传热观点来看,这时表面温度早已超过熔点,事实上     

六相交流放电再入飞行器热环境地面模拟研究

再入飞行器高速飞行过程中,其表面受到强烈的气动加热作用,所产生的复杂高温气体环境会破坏飞行器材料,影响飞行器结构的可靠性.因此,基于地面装置实现高速飞行器再入过程中表面热环境的模拟,对于再入飞行器的热防护测试具有十分重要的意义.文章基于数值模拟,分析了工作气压的变化对等离子体中非平衡能量输运过程以及等离子体气体温度等参数的影响规律,提出了通过改变工作气压来调节等离子体冲击壁面的热流密度的方法.基于此,首先以表面热流密度和加热时间与真实飞行条件下一致为原则,基于六相交流电弧放电等离子体实验平台,产生了大体积、高气体温度,且壁面热流密度可调的等离子体电弧射流.然后,对采用酚醛浸渍基碳热防护材料的烧蚀体进行了地面烧蚀实验,在壁面热流密度为1.07～3.95 MW/m2范围内获得了与文献报道吻合较好的实验结果,初步验证了该方法的可行性.对高速再入飞行器典型部件进行了烧蚀实验,在壁面最高热流密度为5 MW/m2的实验条件下,获得了与空间飞行实验吻合良好的地面模拟实验结果.这表明在不采用高成本风洞的前提下,本论文所提出的地面模拟实验方法可在一定程度上模拟飞行器再入过程中的表面热环境.     

自由燃烧电弧的磁流体动力学数值模拟

采用基于磁矢量势描述的磁流体动力学模型对直流氩气等离子体自由燃烧电弧进行了数值模拟研究. 通过对电磁场方程组和流体力学方程组的耦合迭代计算, 求解得到了电弧温度场和速度场等重要结果. 计算结果清晰反映出等离子体电弧的高温阴极射流现象, 并与国际同行的实验和数值结果相互对照. 还特别分析了在考虑电极鞘层时对电弧模拟结果的影响. 得到了不同电流下氩气等离子体电弧流动和传热状态变化规律, 有助于在电弧工业应用中进行热分析和电功率控制.      

激光速度干涉仪测量法在炸药圆筒试验中的应用

在炸药标准圆筒试验中 ,除了使用电探针测量炸药爆速、用高速相机记录圆筒膨胀过程的传统试验方法外 ,还用激光速度干涉仪 (VISAR)直接测量圆筒表面速度。根据圆筒试验的二维爆轰数值模拟分析结果 ,分析比较了高速相机和激光速度干涉仪的测量结果。     

预应力加载下LY12-CZ激光烧蚀特性的实验与模拟研究

飞行器是激光武器的主要打击目标,对常用航空材料激光辐照响应的研究具有重要价值.本文通过实验和有限元模拟的手段,研究了预应力加载下,1080 nm连续激光烧蚀LY12-CZ铝合金的失效机理.实验结果表明,激光烧蚀沿光斑径向存在三种组织,分别为近光斑的枝晶组织、中部的等轴晶组织及远离光斑的原始组织;其中,枝晶、等轴晶组织中存在严重的Cu元素偏析,且等轴晶组织还存在较高的内应力.有限元模拟的结果表明,温度场对所施加的预应力并不敏感;烧穿孔洞形成的一个原因是局部因热软化和高水平热应力造成的屈服;预应力不能显著改变激光的烧蚀特性.     

导弹发射装置滑轨表面MoS2干膜防护高温高速两相燃气流应用研究

选用多种MoS2干膜润滑材料，对滑轨式武器发射系统的高能有烟发动机两相燃气流高温烧蚀、熔融残渣的高速热冲蚀以及粘渣-烧蚀耦合破坏作用进行有效的润滑和防护试验，分析了烧粘现象和残渣组成，采用发动机试车台模拟试验及国军标环境条件试验评估了多种MoS2干膜润滑材料的防护特性．结果表明：国产MoS2干膜防护涂层兼有一定的润滑及防腐蚀功能，能显著改善滑轨表面的润滑性能和抑制高温高速燃气流的烧粘-腐蚀破坏作用；滑轨表面烧粘-腐蚀程度与发动机推进剂的铝粉性质及含量(残渣量)直接相关，各种防护涂层的主要破坏形式为烧蚀、热冲蚀以及粘渣破坏，由于残渣含腐蚀物，有必要在烧粘后及时清洗并施行二次防护，其中热固型MoS2干膜的防护性能优于常温固化型MoS2干膜，但由于燃气严重的热冲蚀，还需采用常温快速固化的MoS2干膜进行现场修补．