MJGS系统设计及应用

采用序列脉冲红宝石激光器作为光源,国产640型纹影仪作为图像及流场显示光学系统、等待型转镜高速摄影机为记录单元的MJGS高速纹影系统,本校已经相继研制了两种型号。Ⅰ型系统用于高速碰撞和穿甲过程研究已经取得必要的结果。Ⅱ型系统用于研究高能炸药起爆机理,拍得了弹丸撞靶前的飞行姿态及撞靶后的压缩变形直至点火爆炸过程的分幅照片,为研究工作提供了依据。     

激光烧蚀羽流光学成像效果研究

使用YAG脉冲激光烧蚀固态POM聚合物和掺碳质量分数为5%的液态甘油混合物,形成羽流场.分别在相机镜头前添加滤光片以及在纹影系统中设置不同的刀口,观察对羽流场像的影响.实验结果表明:滤光片和暗场纹影均能够提高羽流纹影图像的显示效果.     

纹影视频摄录技术在等离子体影响飞行器气动特性试验中的应用

本文介绍了纹影视频摄录技术在等离子体影响飞行器气动特使试验中的应用．文中描述了试验设备与纹影视频摄录技术，并给出了部分不同试验条件下的等离子体喷流与模型流场干扰纹影图。通过对纹影图的分析，不但证明了该等离子体影响飞行器气动特性试验技术的可靠性，同时也证明了纹影视频摄录技术在该种试验研究中的可用性。该纹影视频摄录技术不仅能实时监测试验流场，同时还记录了试验流场的全过程，为事后进行试验流场的再现及分析研究提供了可视化依据。     

水滴烧蚀多脉冲激光推进性能

 用实时的推力测试方法研究了水滴烧蚀模式多脉冲TEA CO2激光推进的推进性能。用纹影法研究了伴随水滴烧蚀产生的激波等流场变化过程。多脉冲激光推进的比冲和冲量耦合系数等性能参数随激光脉冲重复频率的变小和脉冲数目的增加而逐渐下降。与激光传输相反和相同方向的激波传播最大速度分别为10 km/s和7 km/s。与纹影法结果同步获得的推力曲线表明：汽化过程对推力的形成过程贡献最大,激波也对推力的形成过程有一定贡献。     

基于BOS的超声速流场瞬态密度场的可视化

瞬态密度场的可视化对于超声速流场复杂流动机理研究有着重要的参考价值.设计了基于脉冲激光照明的瞬态密度场可视化系统,针对非对称尖锥模型在Ф=120 mm激波风洞开展了双方向密度场可视化应用研究,获得了Ma=6条件下激波流场清晰的瞬态和长曝光背景纹影图像.研究表明,瞬态背景纹影图像曝光时间为10 ns,能够有效"冻结"超声...     

激光诱导荧光聚焦纹影系统及超声速燃烧流场应用

纹影是一种常用的流动显示技术,广泛应用于可压缩流动显示及超声速燃烧流场实验.然而,在变Mach数超声速燃烧实验中,燃烧室总温随来流Mach数变化.受准稳态/非定常温度变化影响,光学玻璃窗口的折射率发生显著改变,影响基于密度梯度的纹影成像质量.同时,普通纹影为光程体积沿程积分,难以同二维燃烧场成像信息进行直接比较以开展燃烧与流动耦合研究.聚焦纹影技术可抑制燃烧室内高温引起的玻璃窗口折射率变化,并实现毫米级的急剧聚焦深度,获得二维流场结构,同时配合纳秒级脉宽Nd:YAG激光光源可冻结高超声速流场.在传统聚焦纹影系统基础上发展了激光诱导荧光聚焦纹影系统并应用于变Mach数超声速燃烧实验,创新点在于使用激光诱导荧光染料,以荧光作为光源消除原本激光光源中的相干噪声,同时发展了边缘增强图像处理方法.实验结果表明激光诱导荧光聚焦纹影系统及边缘增强图像处理方法能够有效消除激光光源相干噪声,捕捉二维超声速燃烧流场结构.      

基于NPLS的超声速后台阶流场精细结构及其非定常特性

在马赫数3.4的低噪声超声速风洞中,分别采用纹影技术及基于纳米示踪的平面激光散射技术(NPLS),对台阶高度为3 mm的层流后台阶绕流结构进行了流动显示实验,旨在研究后台阶流场再附区的平均流动规律及再附边界层的瞬态流场精细结构,并通过比较不同时刻的NPLS数据,发现后台阶再附边界层涡结构的非定常演化特性;并且与马赫数4.2条件下的纹影结果和前期研究成果进行了比较.结果表明,两种流动显示方法均可以捕捉激波膨胀波的位置,但NPLS技术在揭示流场某一截面内的瞬态精细结构方面更具优势,其时间分辨率可达6 ns,空间分辨率微米量级;该流场条件下的回流剪切层的倾角为-3.1?,再附边界层的平均增长斜率为0.07519;再附边界层中发卡涡脱落的特征时间尺度为大约10μs.相同膨胀比条件下,再附随着马赫数增大而推迟;膨胀比越大,再附越提前,并且流动折转角变大.     

局域能量注入对高超声速进气道流动影响研究

研究了局域能量脉冲注入条件下高超声速进气道流场的扰动情况。数值模拟采用三维雷诺平均N-S方程,分别利用ROE格式和二阶中心格式对对流通量和粘性通量进行离散处理;用高斯-赛德尔隐式格式对方程进行时间推进求解,采用k-ε两方程模型用于湍流的数值模拟。开展了高超风洞平板流场能量注入实验,获取了高速纹影图像,并对实验结果与计算结果进行比较。研究表明,能量注入产生的冲击波能与高超流动产生的斜激波发生强烈干扰,脉冲能量的引入可能引起高超声速进气道流量俘获率产生剧烈震荡,从而导致进气道流场的性能急剧下降。     

液电冲击波在液固介质中的传播观测*

冲击波是一种高速瞬态的强烈非线性波动现象,在流体力学和材料力学、国防军工等领域有重要的学术意义和应用价值。冲击波在液体和固体介质中的清晰观测比较困难,但这种研究又不可或缺。该文采用高压电火花放电技术在水中产生厘米级的球形空泡,空泡膨胀后接着收缩崩塌,在极短时间和极小空间内释放出的能量在水中产生冲击波。结合纹影法和动态光弹法,使用高速摄像机和脉冲激光器组成的纹影-动态光弹法冲击波观测系统,可实现冲击波在液固介质中传播过程的高分辨率观测,为进一步研究冲击波的相关理论和应用技术提供了一种实验手段。     

高超音速流场中锥体边界层转捩图象的纹影显示及处理

边界层转换是气动力研究的一个令人关注的问题,给出模型物面流态对分析和应用试验数据都是十分有用的。用光学方法显示边界层能获得直观的图象,将其进行图象处理与分析计算后能得到一些定量的结果。本文介绍了一种大画幅纹影成象技术,该技术具有较高的显示灵敏度和摄影分辨率,能将原来的φ24(毫米)纹影图变成为φ110或更大。应用该技术,在气动中心五所高马赫数的激波风洞中,显示高超音速流场中锥体     

软X射线皮秒变象管扫描相机

软X射线皮秒变象管扫描相机技术是一种用变象管扫描相机测量X射线脉冲而能达到皮秒时间分辨率和一维微米级空间分辨率的技术。X射线扫描相机是研究伴有X射线辐射的一切高速瞬变过程的极为重要的测量工具。例如在激光核聚变的研究中,加热压缩期间靶球发生内爆过程中高温高密度等离子体的光谱辐射主要为软X射线,对这些软X射线的研究,可以获得有关等离子体的电子温度、电子能量分布、各种不稳定性的形态及这些参量随时间变化的资料。     

应用于炮风洞试验的高速摄影技术

本文介绍了北京空气动力研究所应用于炮风洞试验的高速摄影技术以及试验结果。气动实验中,非定常的空气动力现象研究必须采用高速记录手段。例如模型自由飞试验,火箭级间分离模拟试验,分离流试验等。在这些试验中,采用了火花光源,频闪光源后照明重复曝光照相技术,火花纹影技术,脉冲激光阴影,纹影和全息干涉照相技术,为气动试验研究提供大量瞬时信息。     

温度场纹影定量测量技术

为了研究纹影系统的温度场定量测量技术,本文详细阐述了纹影技术的定量测量原理,并通过分析流场纹影图像灰度大小与未被遮挡的光源像面积的关系,提出了一种新颖的流场温度定量测量的计算方法。首先,在光学平台上搭建了透射式纹影系统,将加热平台放置在该系统的测量区域,利用CCD相机将采集到的纹影图像上传到上位机进行图像处理,然后采用该算法计算得到温度场的测量值,并与热电偶的测量值相对比。实验结果表明：在室温20℃时,将加热平台的温度分别设定为50℃和90℃,纹影系统测量得到的温度值相对误差小于10%,证明了该计算方法的可靠性,实现了以纹影技术为基础的温度场定量测量。     

可视化聚焦纹影系统实现流场中的三维扰动成像

可视化成像系统可以实现流场中扰动信息的捕获。针对光学纹影系统,分别从理论和实验上对比研究了流场中的三维超声扰动成像。因三维超声场在光传播方向上引起的流体介质密度变化不同,光波穿过密度变化的流场时,其相位累积变化使图像不能真实反映声场的扰动特征。线型栅的聚焦纹影系统因其线型栅会产生多刀口滤波的作用,故不能对流场中的三维超声扰动场实现完整成像。为了获得流场中的三维扰动特征,提出了采用环型源栅和刀口栅的改进聚焦纹影系统。结果表明:由改进聚焦纹影装置得到的图像扰动特征与实际流场中超声扰动特征相一致;结合图像重构技术,实现了流场中三维复杂扰动的重构。     

流场三维层析与高速干涉摄影

瞬态三维流场的层析,需要拍摄多方向干涉图,然后利用计算机进行层析。高速摄影能够记录瞬态过程的外部形象变化,给予定性的观察而不能定量描述,即使利用纹影、阴影技术也只能给出流场冲击波的二维定性结构。人们曾利用漫射全息干涉法来获得多方向干涉图,从而进行流场的三维定量计算。在这种方法中,由于干涉条纹是空间地定域于一曲面上,从各方向难于翻拍到清晰的干涉图,观察角度由于受到测域区域的     

10MHz速率2ns速度的时序脉冲光闸

建立在高速率、高功率双脉冲、序列脉冲激光光源基础上的高速纹影、高速动态全息,高速散斑测试技术.得到越来越多的应用。从这些技术对脉冲激光光源所提出的脉冲能量和相干性要求的两个方面考虑,一般来说,大致上可以把光源的脉冲宽度的下限和脉冲速率(对应于帧频)的上限定在1ns(毫微秒)和100ns是合适的。因为过窄的脉冲使相干性随之变坏,过高的速率(例如锁模激光器输出)很难提高其脉冲能量和改变其脉冲速率。     

基于光谱分析在航空有机玻璃叶栅栅板机加工中的研究与应用

结合平面叶栅纹影光谱的理论分析,通过对平面叶栅流动显示纹影干涉光谱和彩色光谱特征点的提取,对航空有机玻璃材料加工后的残余应力进行了分析论述,找出有试验件加工工艺存在的缺陷,并提出了完善工艺流程的具体步骤,以保障试件加工质量,满足平面叶栅流场精细化测量的技术要求。     

单脉冲能量对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响

 利用透镜聚焦,抛物面喷管约束,结合复摆和光指针测量系统研究了单脉冲能量对吸气式激光推进冲量耦合系数的影响,实验中通过调节激光器工作电压和硅片衰减实现了脉冲能量5~70 J范围的有效拓展;进一步采用纳秒分幅高速相机拍摄了24 J能量下的流场纹影照片。结果表明：在4~9 J低能量和32~70 J较高能量区间,冲量耦合系数均较稳定;9~32 J能量下冲量耦合系数呈线性增长趋势,变化范围(6.5~21.0)×10^-5 N·s·J^-1;纹影照片显示流场演化经历了激光支持爆轰波、爆燃波和激波3个阶段,耦合系数的变化规律源于不同单脉冲能量对应不同的能量沉积效率。     

气相爆轰波的高速摄影观测

文章介绍了利用转镜高速摄影机与纹影仪组成高速纹影摄影系统观测气相爆轰波的方法。     

脉冲电弧等离子体激励控制超声速平板边界层转捩实验

脉冲电弧等离子体激励器具有局部加热效应强、扰动范围广等特点,在超声速流动控制中具有广阔的应用前景.本文运用电参数测量系统和高速纹影技术研究了脉冲电弧等离子体激励器在Ma=3来流条件下的电特性和流场特性;采用纳米粒子平面激光散射技术对超声速平板边界层的流动结构进行了精细测量,并对不同等离子体激励频率下的边界层转捩特性进行了研究.实验结果表明,脉冲电弧放电会产生速度较高的前驱冲击波和温度较高的热沉积区,给边界层施加连续不断的扰动.施加扰动的脉冲电弧等离子体激励能够促进超声速平板边界层转捩.并且脉冲放电的高频冲击效应可以促进转捩提前发生,且频率越高,效果越好,当施加激励频率为60 k Hz时,转捩区长度为0,湍流边界层厚度为25 mm.脉冲电弧等离子体激励器可以用来促进超声速边界层转捩.