自由活塞激波风洞压缩管非等熵流动分析

在自由活塞驱动的高超声速地面试验设备中,自由活塞压缩器的运行状态对于试验气流状态参数、试验时间及设备安全性起到决定性的作用.研究基于FD-21自由活塞激波风洞结构参数,针对典型的活塞压缩器运行状态展开数值模拟和等熵理论预测,分析压缩管中的波系结构和非等熵效应引起的流动参数变化.进一步地,将压缩管中的总熵变来源分解为激波和黏性两部分;改变驱动压力、活塞质量、压缩管初始压力和压缩管长度进行数值模拟,分析熵变变化规律,并进行参数影响的归一化分析,结果表明归一化后的熵变仅与压缩比有关;最后,对等熵理论进行修正,修正后的压缩管压力与实验和数值结果更为吻合.      

大相对孔径紫外成像仪光学系统设计

为解决目前大多数紫外成像仪存在的定位和指向精度差、色差较大、分辨率及光能利用率不足等问题,设计了一款高分辨率的大孔径消色差紫外光学系统。首先,根据电晕放电检测的应用需求,提出了紫外光学系统的总体设计。然后利用熔石英及氟化钙两种材料的不同色散特性,根据改进的双胶合透镜结构设计了一款大孔径的消色差紫外光学系统,并对该系统进行了公差分析。设计的紫外光学系统在全视场全探测范围内点列图均方根直径0.08 mm,分辨率为20 lp/mm,满足电力行业中对电晕探测的需求。     

激波诱导高速气流中液滴的初期变形

基于激波管平台和高速摄影方法对平面激波诱导高速气流中液滴的早期变形现象进行实验研究。研究发现在相近的We数或Re数下,实验参数的改变可导致液滴形态发展出现显著差异。这种差异主要体现在背风面的脊状环形突起、褶皱区以及后驻点区的凹凸形态。对刚性圆球外流的数值模拟显示,液滴变形早期形态与外流场结构和表面气动力分布之间存在鲜明的对应关系。最后采用简化理论推导出一组估测液滴早期变形的表达式。将数值模拟所得气动力数据代入计算发现:导致液滴变形的主要驱动力是液滴表面不均匀压力的挤压效应,而不是界面剪切摩擦所引起的切向流动堆积效应,前者高出后者约2个数量级;此外,采用压力作用理论计算所得液滴外形在主要变形特征和变形量级上均可与实验图像很好地吻合。     

Solar-Blind滤光片可见光谱段光密度连续测量

为实现Solar Blind（日盲紫外）滤光片光密度在可见光谱段的高精度连续测试,搭建了以氙灯配合单色仪作为光源、使用单光子计数器作为探测器的测试系统,并对该系统的误差进行分析。系统主要装置有氙灯与单色仪组合的光源,标准衰减装置和单光子计数器;以替代法为基础进行测试,将由单光子计数器探测到的衰减后的计数值作为参考计数值替代光源的初始计数值,通过运算得到滤光片的可见光谱段光密度;该测试系统将滤光片光密度的测试动态范围扩展到0~-11OD,实现了可见光谱段内进行连续光谱测量的功能,且降低了系统的测试误差。与使用窄带LED作为光源的测试系统相比,测试不确定度由2%降低至0.5%,相对重复性误差由0.2％ 降低至0.13％。     

近紫外探测系统作用距离分析

阐述了近紫外探测系统工作原理,在此基础上建立了基于探测器信噪比分析的近紫外作用距离模型,并详细分析了近紫外谱段目标、背景辐射特性及大气传输对探测距离的影响。以实验室现有近紫外探测器为例针对所建模型进行系统作用距离研究,最终得到不同积分时间下该探测系统的作用距离。上述方法可用于实现对近紫外探测系统作用距离的预判,为近紫外探测技术的发展与深入研究提供参考。     

新建高焓激波风洞Ma=8飞行模拟条件的实现与超燃实验

针对高Mach数超燃冲压发动机实验能力空缺问题,基于航天十一院新建的FD-21高能脉冲风洞,进行了Ma=8超燃飞行条件的模拟能力设计与调试,获得了总焓2.9 MJ/kg、总压11.01 MPa实验条件,实现了Ma=8、高度31 km飞行条件的风洞模拟.在此基础上,研发了匹配的氢燃料供应及喷注时序控制系统,设计了超燃冲压发动机模型,开展了超燃冲压发动机模型自由射流应用性风洞实验,获得了氢气燃料与空气、氮气超声速气流耦合流动作用下的实验模型壁面压力数据.在当量比近似一致条件下,空气来流对应的燃烧室壁面压力明显高于氮气来流情况,表明氢气在1 ms有效实验时间内完成了与超声速空气来流的混合、点火与燃烧,获得燃烧释热特性,确认了在FD-21高能脉冲风洞开展高Mach数超燃实验是切实可行的,为后续研究奠定了良好的基础.      

相近韦伯数条件下激波波后液滴初期变形的影响机制

以实验结合数值模拟与理论分析的方法,研究韦伯数在2 100~2 700区间内,不同组合流动参数对液滴破碎初期变形的影响与作用机制。实验中通过高速摄影捕捉到一系列具有明显差异的液滴变形模态,表明在相近韦伯数下液滴的初期变形仍受到气流速度、密度等具体流动参数的显著影响。以刚性球体替代液滴进行外流数值模拟,利用球体表面气动力分布推算出的液滴表面变形趋势与实际变形形态吻合,表明液滴的初期变形特征与外流流动分离和涡特征具有一致性。对流场和理论变形数据的分析显示,流动分离发展阶段和稳定阶段对液滴作用力以及它们所诱导的液滴变形特征存在很大差异;分离发展与液滴变形过程的特征时间之比可由气液密度比的平方根表示,它决定了液滴早期变形的基本形态。分离发展阶段所占时间比例越高,即实验中气液密度比越高,则液滴更倾向于发展出单个显著的环形突起,反之则趋于形成多个相对均衡的突起。